La résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil analytique avec un large éventail d'applications, y compris 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 la portée de son utilisation.

Des chercheurs travaillant à l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et à l'Institut Helmholtz de Mayence (HIM) ont maintenant découvert de nouvelles façons potentielles de réduire la taille des appareils correspondants ainsi que le risque éventuel associé en éliminant le besoin de champs magnétiques puissants. Ceci est réalisé en combinant la RMN dite de champ nul à ultra-faible avec une technique spéciale d'hyperpolarisation. "Cette nouvelle méthode passionnante est basée sur un concept innovant. Elle ouvre toute une gamme d'opportunités et surmonte les inconvénients précédents", a déclaré le Dr Danila Barskiy, lauréate du prix Sofja Kovalevskaja qui travaille dans la discipline concernée à JGU et HIM depuis 2020.

Nouvelle approche pour permettre des mesures sans champs magnétiques puissants

La génération actuelle d'appareils RMN est, à cause des aimants, extrêmement lourde et coûteuse. Un autre facteur de complication est la pénurie actuelle d'hélium liquide utilisé comme réfrigérant. "Avec notre nouvelle technique, nous évoluons progressivement vers un statut de RMN ZULF complètement sans aimant, mais nous avons encore de nombreux défis à surmonter", a déclaré Barskiy.

Pour rendre les aimants redondants dans ce contexte, Barskiy a eu l'idée de combiner la résonance magnétique nucléaire à champ nul à ultra-faible (RMN ZULF) 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 des résultats analytiques abondants sans avoir besoin de grands champs magnétiques.

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 des 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 rotation comme un bâton

Cependant, le signal RMN généré est un problème à traiter. Les méthodes qui ont été utilisées à ce jour pour générer le signal ne conviennent qu'à l'analyse d'une sélection limitée de produits chimiques ou sont autrement associées à des coûts exorbitants. Pour cette raison, 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 ces techniques qui produiraient un signal suffisant pour la détection dans des conditions ZULF. Parmi celles-ci, SABRE, abréviation de Signal Amplification by Reversible Exchange, s'est révélée 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 à un substrat.

Barskiy a réussi à contourner les inconvénients résultant de la liaison temporaire de l'échantillon au complexe en employant SABRE-Relay, une amélioration très récente de la technique SABRE. Dans ce cas, SABRE est utilisé pour induire une polarisation qui est ensuite relayée vers 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 co-auteurs 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 la gamme d'applications de la RMN ZULF à l'aide d'une méthode d'hyperpolarisation peu coûteuse, rapide et polyvalente", a résumé Barskiy. "Nous espérons que nous avons réussi à nous rapprocher un peu plus de notre objectif de rendre possible le développement d'appareils compacts et portables pouvant être utilisés pour l'analyse de liquides tels que le sang et l'urine et, à l'avenir, permettant éventuellement la discrimination de produits chimiques particuliers. tels que le glucose et les acides aminés." + Explorer plus loin

Placer une autre pièce dans le puzzle de la matière noire