Moins de risques, moins de coûts : Les dispositifs de spectroscopie portables pourraient bientôt devenir réalité
Une nouvelle approche pour permettre des mesures sans champs magnétiques puissants
La résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil d'analyse qui a de nombreuses applications, notamment l'imagerie par résonance magnétique qui est utilisée à des fins de diagnostic en médecine. Cependant, la RMN nécessite souvent la génération de champs magnétiques puissants, ce qui limite son champ d'application. Des chercheurs de l'université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et de l'institut Helmholtz de Mayence (HIM) ont découvert de nouveaux moyens potentiels de réduire la taille des appareils correspondants et les risques qui y sont associés en éliminant la nécessité de champs magnétiques puissants. Ce résultat est obtenu en combinant la RMN à champ nul ou ultra-faible avec une technique spéciale d'hyperpolarisation. "Cette nouvelle méthode passionnante est basée sur un concept innovant. Elle ouvre toute une série de possibilités et permet de surmonter les inconvénients précédents", a déclaré le Dr Danila Barskiy, lauréate du prix Sofja Kovalevskaja, qui travaille dans la discipline concernée à la JGU et à l'HIM depuis 2020.
Dr. Danila Barskiy menant une expérience
© Danila Barskiy
Une nouvelle approche pour permettre des mesures sans champs magnétiques puissants
La génération actuelle d'appareils de RMN est - à cause des aimants - extrêmement lourde et coûteuse. Un autre facteur de complication est la pénurie actuelle d'hélium liquide, utilisé comme liquide de refroidissement. "Grâce à notre nouvelle technique, nous faisons progressivement évoluer la RMN ZULF vers un statut totalement dépourvu d'aimants, mais il nous reste de nombreux défis à relever", a déclaré M. Barskiy.
Pour rendre les aimants superflus dans ce contexte, M. Barskiy a eu l'idée de combiner la résonance magnétique nucléaire à champ nul à ultra-faible (ZULF NMR) avec une technique spéciale qui permet d'hyperpolariser les noyaux atomiques. La RMN ZULF est elle-même une forme de spectroscopie récemment développée qui fournit d'abondants résultats d'analyse sans nécessiter de champs magnétiques importants. Un autre avantage par rapport à la RMN à champ élevé est le fait que ses signaux peuvent également être facilement détectés en présence de matériaux conducteurs, tels que les métaux. Les capteurs utilisés pour la RMN ZULF, généralement des magnétomètres à pompage optique, sont très sensibles, faciles à utiliser et déjà disponibles dans le commerce. Il est donc relativement simple d'assembler un spectromètre RMN ZULF.
SABRE-Relay : Transférer l'ordre de spin comme un bâton
Cependant, le signal RMN généré est un problème à traiter. Les méthodes utilisées jusqu'à présent pour générer ce signal ne conviennent que pour l'analyse d'une sélection limitée de produits chimiques ou sont associées à des coûts exorbitants. C'est pourquoi Barskiy a décidé d'exploiter la technique d'hyperpolarisation SABRE qui permet d'aligner les spins nucléaires en grand nombre en solution. Il existe un certain nombre de techniques de ce type qui produiraient un signal suffisant pour être détecté dans les conditions du ZULF. Parmi celles-ci, la technique SABRE, abréviation de Signal Amplification by Reversible Exchange, s'est avérée particulièrement bien adaptée. Au cœur de la technique SABRE se trouve un complexe métallique d'iridium qui assure le transfert de l'ordre de spin du parahydrogène vers un substrat. Barskiy a réussi à contourner les inconvénients résultant de la liaison temporaire de l'échantillon au complexe en utilisant SABRE-Relay, une amélioration très récente de la technique SABRE. Dans ce cas, SABRE est utilisé pour induire une polarisation qui est ensuite relayée à un substrat secondaire.
La chimie du spin à l'interface de la physique et de la chimie
Dans leur article intitulé "Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance" publié dans Science Advances, le Dr Danila Barskiy, l'auteur principal Erik Van Dyke et leurs coauteurs expliquent comment ils ont pu détecter les signaux du méthanol et de l'éthanol extraits d'un échantillon de vodka. "Cet exemple simple montre comment nous avons pu étendre le champ d'application de la RMN ZULF à l'aide d'une méthode d'hyperpolarisation peu coûteuse, rapide et polyvalente", résume Barskiy. "Nous espérons avoir réussi à nous rapprocher un peu plus de notre objectif, qui est de rendre possible la mise au point de dispositifs compacts et portables pouvant être utilisés pour l'analyse de liquides tels que le sang et l'urine et, à l'avenir, de permettre éventuellement la discrimination de substances chimiques particulières telles que le glucose et les acides aminés."
Danila Barskiy a remporté un prix Sofja Kovalevskaja de la Fondation Alexander von Humboldt en 2020 et a donc quitté l'université de Californie à Berkeley pour s'installer à Mayence, où il a entamé des recherches dans le groupe du professeur Dmitry Budker à l'Institut de physique et d'immunologie de la JGU. M. Barskiy est actif dans le domaine de la chimie physique et dirige un groupe de recherche axé sur les applications possibles de la RMN en chimie, en biologie et en médecine.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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