(Phys.org) - Deux groupes indépendants de scientifiques aux États-Unis et en Allemagne ont réduit l'imagerie par résonance magnétique (IRM) à l'échelle nanométrique, ce qui pourrait leur permettre à l'avenir de détecter et d'imager de manière non destructive de petites molécules telles que des protéines à température et pression ambiantes. Précédemment, l'imagerie à l'échelle nanométrique n'était possible qu'à des températures et des pressions extrêmement basses.

L'IRM fonctionne en détectant les faibles champs électromagnétiques produits par les noyaux d'atomes comme l'hydrogène au sein des molécules étudiées, et la résonance collective de ces champs. Il est capable d'imager des structures sans les détruire, ce qui le rend utile pour scanner les corps, mais sa sensibilité relativement faible a jusqu'à présent limité son utilisation à petite échelle aux produits chimiques dont les volumes se mesurent au mieux en micromètres.

Deux articles publiés dans la revue Science décrire les recherches effectuées par les deux groupes distincts, qui ont tous deux utilisé des taches sombres, ou défauts de manque d'azote (NV), à la surface des diamants. Le diamant est magnétiquement inerte car il se compose entièrement d'atomes de carbone liés de manière covalente, et il n'y a pas d'électrons libres. Cependant, il peut y avoir des imperfections comme les NV, dans lequel un seul carbone est remplacé par un atome d'azote, adjacent à une lacune dans le réseau où un atome de carbone est manquant. Les NV ont un électron libre, ce qui lui confère des propriétés magnétiques uniques, et ce sont ces propriétés que les deux équipes de recherche ont exploitées.

La première équipe, dirigé par Daniel Rugar et John Mamim du Centre de recherche Almaden à San José, Californie, utilisé des taches sombres de diamant pour détecter des champs magnétiques faibles dans des matériaux proches de la surface du diamant. Le groupe de Rugar a synthétisé un diamant extrêmement pur avec des centres NV proches de la surface et l'a recouvert d'un polymère de 60 nanomètres d'épaisseur. Ils ont ensuite appliqué un champ magnétique oscillant. Le Dr Rugar a expliqué que lorsque vous faites briller une lumière verte sur les taches sombres, elles deviennent fluorescentes en rouge, et la luminosité dépend de l'état magnétique du centre NV. Les champs magnétiques externes à proximité peuvent affecter le spin de l'électron central NV, qui à son tour affecte la luminosité du rouge fluorescent.

La deuxième équipe, dirigé par Friedemann Reinhard de l'Université de Stuttgart, également utilisé des défauts de lacunes d'azote sur des échantillons extrêmement purs de diamant synthétisé, mais ils les ont utilisés pour enregistrer les spectres RMN d'une gamme de produits chimiques placés à la surface du diamant. Le Dr Reinhard a déclaré que leur méthode était plus passive que les méthodes utilisées par l'équipe de Rugar, mais cela le rend un peu plus facile à mettre en œuvre.

La recherche est importante car il est difficile de déterminer les structures des protéines de manière conventionnelle, qui consiste à exprimer et purifier les protéines puis à les cristalliser. Pouvoir prendre une image IRM simplifierait le processus et permettrait d'élaborer les structures de toutes les protéines. Pour le moment, les recherches des deux équipes se situent au niveau de la « preuve de principe », selon l'équipe de Rugar, et des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que les techniques puissent être utilisées pour imager des molécules.

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