Premiers pas vers la micro-imagerie : le CEA développe un procédé de RMN dix fois plus sensible

La Résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique incontournable pour l'étude de la matière. Appliquée ? l'imagerie médicale (IRM), elle permet d'obtenir des images en deux ou trois dimensions d'une partie du corps humain.

Si elle permet d'accéder ? une très riche information physico-chimique au coeur m?me de la matière, la RMN reste cependant une technique peu sensible, ce qui rend son emploi très difficile sur de petites quantités de matière solide ou hétérogène.

Un groupe de chercheurs du Département de recherche sur l'état condensé, les atomes et les molécules (DRECAM) du CEA a repoussé cette limite gr?ce ? l'utilisation de détecteurs mobiles miniaturisés permettant d'obtenir le signal RMN ? haute résolution avec un gain de sensibilité de 10 pour des volumes d'échantillon de quelques centaines de nanolitres.

Cette nouvelle méthode promet des avancées considérables en RMN et micro-imagerie, ainsi que des applications en bio-médecine et en sciences des matériaux. Les résultats sont publiés dans la revue Nature du 7 juin 2007.

La Résonance magnétique nucléaire est une technique spectroscopique non invasive qui s'appuie sur les propriétés magnétiques des noyaux des atomes présents dans la matière pour la sonder localement. Elle est cependant intrinsèquement peu sensible, ce qui défavorise son application dans le cas d'échantillons microscopiques.

A ce jour, des détecteurs par induction Faraday micrométriques (bobines statiques qui se trouvent autour de l'échantillon) très sensibles ont été développés : ils sont bien adaptés ? l'étude des liquides homogènes, mais pas ? celle des milieux solides, hétérogènes, biologiques etc., dans lesquels les interactions magnétiques sont anisotropes. Dans ces milieux, la haute résolution est obtenue gr?ce ? la mise en rotation rapide de l'échantillon autour d'un axe ? 54,7 degrés de l'axe du champ magnétique statique (dite rotation ? l'angle magique ou Magic Angle Spinning - MAS) qui permet, en s'affranchissant des effets liés ? l'anisotropie, d'obtenir des spectres RMN fins et une bien meilleure analyse physico-chimique.

Placer l'échantillon dans un micro-capillaire tournant ? plusieurs milliers de tours par seconde, de manière stable et reproductible ? l'intérieur d'un micro-détecteur (bobine) de diamètre intérieur de l'ordre de quelques centaines de microns conduit le plus souvent ? la destruction du système. Pour répondre ? ce challenge, une équipe du CEA (constituée par D. Sakellariou, G. LeGoff et J-F. Jacquinot) a inventé une solution innovante en faisant tourner solidairement le micro-détecteur (bobine) et l'échantillon, le détecteur étant alimenté par induction via une bobine extérieure permettant aussi la transmission (sans fil) du signal utile. L'ensemble tourne ? des milliers de tours par seconde ce qui les rend probablement les antennes tournantes les plus rapides du monde.

La méthode proposée est très générale, facile ? implémenter dans la plupart des sondes RMN commerciales, et permet d'accélérer l'acquisition des données tout en diminuant le seuil de quantité de matière nécessaire. Cette solution ? base de micro-bobines en rotation (appelée MACS pour Magic Angle Coil Spinning) pourra bénéficier des dernières techniques de miniaturisation et promet des avancés considérables en RMN et microimagerie (micro-IRM) ainsi que des applications en métabolomique, en bio-médecine (détection de petites biopsies ou de quelques cellules) et en sciences des matériaux. Elle pourra aussi ouvrir la voie ? l'étude par RMN d'échantillons ? l'intérieur des barrières de confinement (par exemple des matériaux radioactifs, ou des systèmes ? haute pression).

Publié le 19-06-2007