Laboratoire Léon Brillouin
UMR12 CEA-CNRS, Bât. 563 CEA Saclay
91191 Gif sur Yvette Cedex, France
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Alternative à la diffraction des rayons X, la RMN est une méthode ben adaptée à l’étude des protéines et la caractérisation des produits chimiques de synthèse, ainsi que l’étude des matériaux désordonnés comme les verres, les polymères ou les bétons.
Dans ce cadre, les activités de l'IRAMIS portent sur le développement de nouvelles méthodes RMN :
Aujourd'hui, si une partie de ces thématiques perdure, une autre tendance est au développement de recherches visant à combattre la faiblesse majeure de la RMN : sa faible sensibilité.
Voir aussi le dossier complet (2008) : RMN à l'IRAMIS
Pour augmenter le signal RMN, la solution usuelle consiste, comme dans le cas du projet NeuroSpin à utiliser des champs magnétiques les plus intenses possible. Cependant, dans le futur, cette solution sera rapidement limitée par les contraintes sur les matériaux supraconducteurs. Aussi d’autres approches permettant d’augmenter l’intensité du signal par unité de temps et/ou la résolution spatiale sont développées.
Pour gagner en sensibilité, l’utilisation d’espèces ‘hyperpolarisées’, c’est-à-dire dont les écarts de populations des niveaux d’énergie sont fortement augmentés par rapport à leur valeur d’équilibre dans le champ magnétique utilisé, devrait prendre un grand essor. Deux techniques développées à l'IRAMIS permettent ainsi de ‘booster’ la polarisation nucléaire :
Schema de principe d'un capteur mixte : supraconducteur-jonction GMR (magnéto-résistance géante). Le champ magnétique appliqué génère un supercourant intense qui renforce le champ (x 1000), détecté via la couche libre de la jonction GMR.
Il est aussi important d’augmenter les performances des systèmes de détection ou de développer des méthodes alternatives de détection. L'IRAMIS développe ainsi plusieurs programmes de recherches dans cet axe :
La microscopie de résonance magnétique, où un micro-levier identique à ceux utilisés dans un microscope à force atomique est utilisé pour faire de l'imagerie magnétique de surface avec une résolution spatiale sub-micronique (SPEC).
Les capteurs magnétiques utilisant des résistances magnétiques géantes du SPEC permettent d’atteindre des sensibilités de détection des fluctuations de champ magnétique de l’ordre de 10-15 T/Ö.Hz. Leur utilisation dans NeuroSpin pour la magnéto-encéphalographie est en cours ainsi que leur développement pour des applications en RMN.
Les micro-bobines radiofréquence. Les systèmes miniaturisés développés au SCM permettent de réduire la quantité de porteurs de spins nécessaire à l’étude par RMN tout en conservant une très bonne résolution spectrale.
De la même façon que le transfert photons-spin nucléaires permet de multiplier la polarisation nucléaire, la détection optique de la résonance magnétique, pour laquelle des travaux ont débutés à l'IRAMIS, offrira un gain précieux en sensibilité. Celle-ci pourra en outre offrir une excellente résolution spatiale.
De plus, l’utilisation de champs magnétiques intenses n’induit pas seulement un gain en sensibilité, mais aussi permet un accroissement de la résolution spectrale. Des travaux pour développer une biosonde à base de xénon polarisé par laser sont entrepris à l'IRAMIS. Par son caractère hydrophobe, le xénon a une grande affinité pour des molécules-cages qui sont modifiées chimiquement pour cibler certains récepteurs cellulaires. Le déplacement chimique du xénon encapsulé est très différent de celui du xénon libre, ce qui permet d’envisager une imagerie sensible et sélective d’environnements biologiques spécifiques. Ces traceurs sont testés sur des souris géniques, dans le cadre d'une collaboration avec NeuroSpin.
Enfin, constatant que la résonance magnétique nucléaire classique est constituée d’un appareillage assez lourd et encombrant qui nécessite le déplacement des objets d’étude vers les systèmes RMN / IRM, des recherches sont en cours pour développer un spectromètre portable utilisant des aimants permanents. Plusieurs champs d’application pourraient profiter de ces travaux, parmi lesquels :
• Institut Rayonnement Matière de Saclay • UMR 3680 - Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC) • UMR 3299 - Service Interdisciplinaire sur les Systèmes Moléculaires et les Matériaux
• Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO) • Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LSDRM)