NMR methodology
Die vom NMR-Team durchgeführten Forschungsarbeiten betreffen in erster Linie die methodologischen und instrumentellen Entwicklungen sowohl in flüssiger als auch in fester Phase, mit dem Ziel der strukturellen und dynamischen Charakterisierung verschiedener Materialien. Diese Grundlagenforschung an der Grenze zwischen Chemie, Physik und Biowissenschaften zielt auf originelle Anwendungen in zahlreichen Bereichen ab, die von biologischen Makromolekülen über die Materialwissenschaft bis hin zur Pharmazie reichen.
Das Team betreibt und nutzt die Spektrometer der NMR-Plattform (Hochfeld-Spektrometer von 300 bis 600 MHz und Biospec 24/40-Imager) und stützt sich für spezifische Entwicklungen auch auf eigene Instrumente des Labors. Diese Gerätesammlung ermöglicht es, das gesamte Spektrum der NMR-Anwendungen abzudecken, sei es in flüssiger oder fester Phase, aber auch Experimente mit Magnetresonanztomographie (MRI), Relaxometrie oder NQR durchzuführen.
Spinrelaxation und translationale Diffusion
Das Team beschäftigt sich seit langem mit Methoden, die auf Spinrelaxation basieren, und hat zahlreiche Anwendungen zur Untersuchung der molekularen Mobilität gefunden. Unsere Studien betreffen alle Objektskalen, alle Spinsysteme, homonuklear oder heteronuklear, und reichen von sehr niedrigen Magnetfeldern (Relaxometrie in zyklischen Feldern) bis zu den höchsten Feldern, die derzeit in hochauflösenden NMR-Geräten verwendet werden.
In den letzten Jahren wurde ein Schwerpunkt auf relaxometrische Ansätze bei niedrigen Magnetfeldern gelegt. Beispielsweise werden zyklische Feldmethoden am CRM2 zur Untersuchung der Dynamik von Flüssigkeiten eingesetzt, die in porösen Strukturen eingeschlossen sind. Die Untersuchungsobjekte reichen von Systemen mit biologischen Anwendungen (Biogläser für Anwendungen in der Knochenrekonstruktion, Mikrosomen von Rattenhirnen, die Toluol ausgesetzt sind…) bis hin zu natürlichen porösen Systemen wie Zement oder Kohle.
Die zyklische Feldrelaxometrie wird im Labor auch für die Untersuchung weniger starrer Systeme wie Gele (Hydrogele oder Organogele) sowie für die Charakterisierung potenzieller NMR-Kontrastmittel eingesetzt und weiterentwickelt, seien es paramagnetische Mittel (z. B. Gadoliniumchelate) oder superparamagnetische Mittel, die aus Eisenoxid-Nanopartikeln bestehen.
Zusätzlich zu den Methoden, die die Spinrelaxation nutzen, interessiert sich das NMR-Team auch für Diffusometriemethoden, um die translationale Dynamik von Molekülen in Lösung zu untersuchen. Die betroffenen Studienbereiche sind die oben erwähnten eingeschlossenen Flüssigkeiten, aber auch der Bereich der Biomoleküle oder der Materialien.
Festkörper-NMR von Biomolekülen und Biochemie
Die Festphasen-NMR ermöglicht die Untersuchung der Wechselwirkungen von Proteinen mit verschiedenen Partnern (Proteine, Lösungsmittel, Liganden, RNA, Lipide…), hauptsächlich im Zusammenhang mit „großen“ Molekülkomplexen.
Die Hauptsysteme, die das Team untersucht, sind Proteinkomplexe oder Membranproteine. Festkörper-NMR und Lösungs-NMR werden von den Teammitgliedern auch eingesetzt, um die Verkapselung von Wirkstoffen zu untersuchen, z. B. Cyclocurcumin in Lipiden oder Enzyme in organisch-anorganischen Hybridmaterialien (Biokatalysatoren).
Photo-NMR
Dieser Schwerpunkt betrifft die „in-situ“ NMR-Charakterisierung von photoaktivierbaren Molekülen und Nanopartikeln. In diesem Bereich entwickeln wir neue experimentelle Methoden, die die NMR-Erfassung von photoaktiven Materialien in Lösung und im festen Zustand unter Lichtbestrahlung ermöglichen. Durch die Verwendung von LED-Lampen, die mit optischen Fasern gekoppelt sind, können wir NMR-Proben im Inneren des Spektrometers bestrahlen. Auf diese Weise können wir die Schalteigenschaften (Kinetik, Quantenausbeute, Aktivierungsenergie) und die strukturellen Eigenschaften verschiedener Klassen von photoschaltbaren Molekülen „in-situ“ vergleichen, abhängig von verschiedenen Parametern wie Substituentenarten, Lösungsmitteln, Bestrahlungswellenlängen und Temperatur.
Festkörper-NMR-Methodik: Untersuchung des lokalen molekularen Magnetismus durch NMR paramagnetischer Festkörper und adiabatische Methoden
Eine der anerkannten Fachkenntnisse des NMR-Teams betrifft die Untersuchung paramagnetischer Festkörper und die Nutzung des Kernmagnetismus als Sonde für den Elektronenmagnetismus. Die im Labor entwickelte Methode basiert auf der Festkörper-NMR, die auf magnetische Lanthanidkomplexe angewendet wird, und beruht auf einer Simulation des NMR-Spektrums durch ein Dipolmodell der Hyperfeinwechselwirkung. Das verwendete Modell ermöglicht es uns, die kristallinen und magnetischen Strukturen zu parametrisieren und ein NMR-Spektrum innerhalb weniger Sekunden zu simulieren.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt des Teams im Bereich der Festkörper-NMR-Methodik ist die Kontrolle der Spindynamik durch Hochfrequenzpulssequenzen (Neukopplung, Entkopplung, CPMG etc.). Eine besondere Expertise liegt in der Verwendung adiabatischer Impulse in Festkörpern, um zu versuchen, die bestehenden Methoden der Entkopplung, Neukopplung und andere methodische Ansätze zu verbessern. Diese Art von Methoden zeigt ihre Stärken bei Systemen mit großen Wechselwirkungsanisotropien und breiten Frequenzverteilungen der Resonanzen.
Methodische und instrumentelle Entwicklungen in NQR
Das Team führt Arbeiten zur Quadrupolkernresonanz durch, einer Technik, die der NMR recht ähnlich ist, aber ohne Magnetfeld durchgeführt wird und in der Lage ist, z. B. stickstoffhaltige oder chlorhaltige Moleküle zu erkennen. Diese Technik, die auch eine mögliche Methode zum Nachweis von Sprengstoffen (insbesondere von Antipersonenminen) ist, erfordert sehr spezifische theoretische, methodische und instrumentelle Entwicklungen, ein Know-how, über das nur wenige Laboratorien verfügen.
Der Bereich Elektronik und Instrumentierung des NMR-Teams entwirft und realisiert elektronische Systeme und originelle Versuchsanordnungen. Die entwickelten Systeme umfassen analoge, digitale oder gemischte Elektronik, die durch Softwareschichten gesteuert wird und der Erkennung schwacher Signale, der Datenerfassung und der Signalverarbeitung gewidmet ist. Dieses Know-how hat vor kurzem die Entwicklung eines neuen kompakten digitalen NQR-Spektrometers auf der Grundlage von FPGAs der neuesten Generation vom Typ Zynq AP-SoC (All programmable System On Chip) ermöglicht.
In Bezug auf Anwendungen interessieren wir uns für Studien über den Polymorphismus von pharmazeutischen Verbindungen wie Paracetamol oder die Charakterisierung von photoschaltbaren Verbindungen in Zusammenarbeit mit dem CRISP-Team.
Verantwortliche(r)
- BOUGUET-BONNET Sabine, Universitätsprofessor (NMR facility)
Mitglieder
- BOUIZI Younes, Ingenieur (auf Zeit) (NMR facility)
- BOULOGNE Corentin, Doktorand
- CHE DJI Lyns Verel, Doktorand
- DEFEZ Arnaud, Technischer Angestellter (50% NMR facility und 50% Röntgenbeugung (PMD²X))
- GANSMULLER Axel, Professor
- GARDIENNET Carole, CNRS Forscher
- GRANDCLAUDE Denis, Professor
- KACHKACHI Noreddine, Forschungsingenieur
- KERVERN Gwendal, Professor
- MUTZENHARDT Pierre, Universitätsprofessor (currently on secondment)
- POINSIGNON Sophie, Ingenieur (NMR facility, currently on leave)
- VUILLEMARD Yohann, Techniker (50% NMR facility und 50% Röntgenbeugung (PMD²X))
