Equipe Méthodologie en Résonance Magnétique Nucléaire


L’équipe est composée de physico-chimistes qui se sont toujours intéressés aux aspects structuraux et dynamiques de la matière en essayant de développer des nouvelles méthodes d’études par spectroscopie RMN. Nos thématiques de recherche font intervenir aussi bien la phase liquide que la phase solide, mais aussi des développements instrumentaux.

Relaxation de spin et diffusion translationnelle


L’équipe s’est depuis longtemps investie dans les méthodes fondées sur la relaxation de spin avec de nombreuses applications sur l’étude de la mobilité moléculaire. Nos études concernent toutes les échelles d’objet, tous les systèmes de spins, homonucléaires ou hétéronucléaires, et démarrent à des très bas champs magnétiques (relaxométrie en champ cyclé) jusqu’aux champs les plus élevés utilisés actuellement par les appareils RMN haute résolution.

Les paramètres de relaxation de spin fournissent des informations dynamiques, et parfois structurales: mobilité rotationnelle ou translationnelle des molécules, mobilité locale dans les systèmes complexes. La détermination précise des paramètres de relaxation de spin n’est pas nécessairement chose aisée. Ainsi une bonne partie de nos activités est-elle consacrée à des développements méthodologiques.

Un aspect important de nos recherches concerne le développement de méthodes dans les domaines de la relaxométrie RMN et de la diffusométrie RMN pour l’étude de fluides confinés dans des milieux présentant un réseau poreux. La RMN est une technique particulièrement adaptée à ce type de caractérisation, elle est non invasive et rapide, et permet une caractérisation locale de la dynamique des molécules confinées. Les techniques de relaxométrie consistent à mesurer les paramètres de relaxation de spin en fonction du champ magnétique statique B0 et permettent de caractériser la mobilité moléculaire du fluide, celle-ci étant liée à la géométrie du milieu étudié (taille des pores ou des cavités) et aux propriétés de surface du matériau (relaxivité, mouillabilité). Dans le cas de mouvements lents comme ceux de fluides confinés, ces courbes de dispersion doivent être enregistrées à bas champ magnétique et nécessitent le développement de modèles appropriés.

Les objets étudiés vont des matériaux poreux (comportement de l’eau dans des biochars obtenus par différentes pyrolyses, eau confinée dans des matériaux silicatés à porosité hiérarchisée ou dans des matériaux méso-poreux, eau confinée dans des bioverres) jusqu’à l’étude de solvants encapsulés dans des organo ou oléogels, ou des complexes de gadolinium destinés à une utilisation comme agent de contraste en IRM.

Développements méthodologiques et instrumentaux en RQN


L’équipe conduit des travaux sur la Résonance Quadrupolaire Nucléaire, une technique assez proche de la RMN mais qui se pratique sans champ magnétique et qui est capable de détecter les molécules azotées ou chlorées par exemple.

Cette technique, qui est aussi une possible méthode de détection des explosifs (notamment ceux des mines anti-personnel) nécessite des développements théoriques, méthodologiques et instrumentaux très spécifiques, un savoir-faire que seuls quelques laboratoires possèdent. L’équipe possède ainsi un spectromètre RQN complètement assemblé au laboratoire, et qui est toujours en développement afin d’améliorer sa sensibilité et sa portabilité. Les thématiques de recherche abordées concernent par exemple l’effet d’un faible champ magnétique sur les mesures ou les possibilités de marquage du bois par des molécules détectables par RQN.

Utilisation du para-hydrogène en RMN


La RMN est une technique réputée pour être peu sensible, la raison principale étant la faible différence de population entre les niveaux d’énergie du système de spins nucléaires, ce qui correspond à une faible polarisation des spins. Le para-hydrogène peut être utilisé pour hyperpolariser les spins nucléaires (ce qui correspond à une augmentation de la polarisation par plusieurs ordres de grandeur).
Cette thématique englobe les études théoriques et expérimentales des différents modes de transfert de l’hyperpolarisation du parahydrogène et son utilisation dans l’interprétation des phénomènes qui surviennent à la suite de réactions d’hydrogénation, avec comme objectif d’augmenter considérablement la sensibilité d’une expérience de RMN ou d’IRM.

Nous sommes ainsi équipés d’un générateur permettant de produire de l’hydrogène enrichi à 100%, et nous mettons au point des procédures expérimentales pour optimiser les transferts d’hyperpolarisation.

RMN en phase solide


La RMN en phase solide est aussi une des thématiques phares de l’équipe. En étroite collaboration avec l’équipe CRISP, nous développons des approches mêlant cristallographie et RMN en phase solide pour l’étude des relations structure-propriété de divers matériaux complexes.
Nous mettons également à profit la complémentarité de la RMN du solide avec la RMN en phase liquide, notamment en ce qui concerne les études de dynamique par relaxation de spin. Ceci nous permet d’étudier des systèmes hybrides tels que ceux utilisés pour la vectorisation de principes actifs par exemple.
Les objets étudiés vont de complexes hôte-invité à des hydroxydes doubles lamellaires, en passant par des nanoparticules de nitroprussiate de sodium ou des bioverres. Une de nos spécialités concerne plus précisément la RMN du solide des protéines, ainsi que des systèmes biologiques tels que des microsomes ou membranes cellulaires.