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RMN : que nous réserve le futur ?

Dossier - RMN, tout sur la résonance magnétique nucléaire
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La résonance magnétique nucléaire, ou RMN, est devenue un outil de premier plan en médecine (avec l’IRM, imagerie par résonance magnétique) comme en chimie. Quelle est son histoire ? Que peut-on attendre de ses progrès, notamment de la RMN à haut champ, pour les prochaines années ? Les réponses à ces questions sont dans ce dossier.

  
DossiersRMN, tout sur la résonance magnétique nucléaire
 

La RMN a été récompensée par cinq prix Nobel en 60 ans : deux en physique -- Rabi (1944), Purcell et Bloch (1952) --, deux en chimie -- Ernst (1973), Wüthrich (2002) --, et un en médecine -- Lauterbur et Mansfield (2003). C'est maintenant une technique standard d'analyse bien établie. Peut-on espérer que la progression continuera à ce rythme ? De nouveaux domaines d'applications vont-ils être découverts avec l'augmentation de l'intensité des champs magnétiques ? Bien qu'il soit impossible de prédire avec certitude ce que le futur de la RMN nous réserve, quelques directions semblent privilégiées.

Évidemment, les principaux développements en RMN se font encore dans le domaine de la biologie, comme cela a été le cas ces 15 dernières années. L'effet TROSY, pilier de la détermination structurale de larges complexes moléculaires, doit atteindre son maximum vers 1 GHz, permettant la caractérisation de molécules toujours plus imposantes, notamment les protéines membranaires. De plus hauts champs seront aussi bénéfiques à l'étude de protéines insolubles à l'état solide.

Le domaine des nanotechnologies et la chimie des matériaux vont aussi bénéficier de cette montée en champ. L'étude de noyaux quadripolaires (présentant plus de deux transitions Zeeman) qui composent souvent ces matériaux (comme l'aluminium ou l'oxygène) sera simplifiée à plus haut champ. En effet, les interactions secondaires gênantes dues à la nature quadripolaire de ces noyaux diminuent quand le champ augmente. Ceci devrait nous aider à comprendre la dynamique et les structures locales de ces matériaux, qui sont de plus en plus présents dans notre vie quotidienne.

De nouveaux horizons pour l’étude des matériaux. L’introduction de la RMN de surface exaltée par polarisation nucléaire dynamique (PND) a récemment permis l’étude de matériaux comprenant une très faible densité de sites actifs (comme c’est le cas pour de nombreux catalyseurs hétérogènes), rendant leur étude par RMN classique impossible. L’étude de ces matériaux par RMN PND a aussi permis d’améliorer la technique en elle-même, en permettant la découverte de nouveaux solvants compatibles avec cette méthode, ainsi que de sources de polarisation plus efficaces. La PND permet, dans les meilleurs cas, d’accélérer les expériences RMN d’un facteur 12.000. Ainsi, des chercheurs lyonnais ont montré qu’il était possible d’obtenir en quelques heures des spectres de corrélation bidimensionnels, ou des spectres de noyaux peu abondants (comme l’azote 15), impensables sans PND. © L'Actualité chimique

Le développement de la PND à haut champ (où le design de sources micro-ondes devient compliqué) promet aussi de grandes avancées, tant dans le domaine de la biologie que dans celui des matériaux.

Enfin, l'un des développements que l'on peut attendre avec les hauts champs magnétiques est l'application de la RMN au diagnostic médical. Jusqu'à présent, le manque de sensibilité de la RMN réduit son application pour la détection de microtraces, comme c'est le cas en médecine ou dans le cadre des analyses environnementales. Les récents développements de microsondes et de « labs on a chip » combinés avec de plus hauts champs magnétiques vont repousser les limites des seuils de détection. L'un des objectifs majeurs étant d'appliquer la RMN au diagnostic, où les marqueurs d'une maladie dans les fluides biologiques (urine, plasma) sont souvent à l'état de traces.

Il est clair que la RMN continuera à avoir l'impact et le développement qui la caractérisent, propulsée toujours plus en avant par l'inexorable montée en champ.