Augmentation de la relaxation paramagnétique
En résonance magnétique nucléaire (RMN), les phénomènes dépendant du champ magnétique suscitent un intérêt considérable : L’augmentation de la relaxation paramagnétique (PRE) des relaxivités RMN induites par des agents de relaxation paramagnétique est un domaine de recherche en pleine expansion, tant sur le plan théorique et expérimental que du point de vue de l’application.
PRE est généré par l’interaction hyperfine fluctuante entre le moment magnétique du composé paramagnétique en solution et le spin nucléaire de l’environnement, souvent des protons. de l’eau. Ce processus augmente les taux de relaxation longitudinal et transversale du spin nucléaire.
La question brûlante ici concerne le développement d’agents de relaxation efficaces et efficients qui peuvent être découverts grâce à une meilleure compréhension des mécanismes du PRE. La PRE joue un rôle de plus en plus important dans l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour l’ingénierie des procédés et la science des matériaux. Dans ce domaine, la qualité de l’image peut être considérablement améliorée par l’application d’un agent de contraste approprié.
En outre, l’IRM technique tend à utiliser des champs magnétiques très élevés, 28,2 T (1200 MHz) étant disponible dans le commerce. Étant donné que les agents de relaxation conventionnels ont été conçus pour des champs magnétiques beaucoup plus faibles et que leur efficacité diminue au-delà de 4,7 T (200 MHz), il est nécessaire de développer de nouveaux agents de relaxation pour les applications à champ magnétique élevé qui sont désormais disponibles.
L’activité PRE au LNCMI Grenoble répond à ce besoin et permet des études PRE jusqu’à 1,4 GHz/33 T en utilisant des aimants résistifs. Elle comprend également le développement de dispositifs et de méthodes RMN sur mesure.
L’activité bénéficie d’une forte collaboration avec les équipes de recherche de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) en Allemagne.
Membres de l’équipe
Thèmes de recherche
Études PRE sur les composés de lanthanide
es solutions aqueuses de composés moléculaires contenant des ions de lanthanides avec un spin total J > 0 sont connues pour présenter des propriétés PRE intéressantes jusqu’aux champs magnétiques les plus intenses. Les temps de corrélation électronique courts des ions de lanthanides peuvent entrainer une forte augmentation de la PRE avec le champ magnétique en raison d’une contribution du spin de Curie, c’est-à-dire du moment magnétique du lanthanide moyenné dans le temps.
Les études PRE de ces composés jusqu’aux champs magnétiques les plus intenses sont importantes non seulement pour la description théorique et la compréhension de l’interaction des composés avec le solvant, mais aussi en ce qui concerne leurs applications en IRM.
Depuis 2014, le LNCMI mène des études PRE systématiques à haut champ sur des complexes paramagnétiques inorganiques contenant des ions lanthanides.
Développement de matériel et de méthodes de RMN
La plupart des études de PRE sur les protons aboutissent à des fréquences inférieures à 800 MHz/18,8 T. Cependant, les progrès récents dans le domaine des aimants supraconducteurs ont ouvert la voie à une nouvelle génération d’aimants à haut champ très homogènes et stables. Aujourd’hui, les aimants RMN commerciaux à haute résolution fonctionnent jusqu’à 1200 MHz/28,2 T .
Malgré ce progrès, les aimants résistifs refroidis à l’eau et à forte puissance électrique des installations dédiées aux champs magnétiques intenses, comme le LNCMI de Grenoble, dépassent encore ces intensités de champ et permettent des études PRE à des champs magnétiques encore plus intenses.
Cependant, les expériences de RMN dans les aimants résistifs à haut champ sont entravées par leur faible homogénéité et stabilité de champ, ainsi que par un temps d’accès limité et des coûts d’exploitation élevés.
Afin de surmonter ces limites, nous développons constamment des instruments RMN sur mesure (sondes RMN accordables à large bande, volumes d’échantillons de l’ordre du microlitre) et des méthodes (RMN à scan unique, techniques de déconvolution, récupération par saturation et séquences CPMG) pour les études PRE jusqu’aux champs les plus élevés possibles.
Technique expérimentale
Résonance magnétique nucléaire
Publications selectionnées
Études PRE sur les composés de lanthanide
- N. Schork et al., NMR Relaxivities of Paramagnetic, Ultra-High Spin Heterometallic Clusters within Polyoxometalate Matrix as a Function of Solvent and Metal Ion, ChemPhysChem 2022, 23, e202200215
- A. C. Venu et al., NMR Relaxivities of Paramagnetic Lanthanide-Containing Polyoxometalates, Molecules 2021, 26(24), 7481
- M. Ibrahim et al.,Polyoxometalate-based high-spin cluster systems: a NMR relaxivity study up to 1.4 GHz/33 T, Dalton Transactions 2019, 48.41, 15597-15604
- G. Guthausen et al.,Characterisation and application of ultra-high spin clusters as magnetic resonance relaxation agents, Dalton Transactions 2015 44.11, 5032-5040
Development of NMR hardware and methods for PRE in high magnetic fields
- R. Nasser Din et al., Longitudinal and Transverse 1H Nuclear Magnetic Resonance Relaxivities of Lanthanide Ions in Aqueous Solution up to 1.4 GHz/33 T, Molecules 2024, 29(20), 4956
- R. Nasser Din, Nuclear magnetic resonance studies of paramagnetic relaxation enhancement at high magnetic fields : methods and applications, PhD thesis, Université Grenoble Alpes, 2024
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