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RMN de la taille d'une paume
Les machines à résonance magnétique nucléaire de la taille d'une pièce pourraient se réduire à des appareils portables grâce à un petit aimant léger développé par des chercheurs allemands.
RMN de poche : Un aimant permanent de la taille d'une batterie spécialement conçu génère un champ magnétique suffisamment uniforme pour effectuer une RMN haute résolution sur des échantillons chimiques dans un tube RMN commercial.
La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire est un outil courant pour étudier la structure des protéines et identifier la composition chimique d'un matériau. Elle constitue également la base de la technique d'imagerie médicale, l'imagerie par résonance magnétique, ou IRM. Cependant, des aimants supraconducteurs encombrants et coûteux sont utilisés pour générer les champs magnétiques puissants (environ sept teslas) nécessaires à la RMN de précision.
L'aimant, développé par Federico Casanova et ses collègues du Université RWTH d'Aix-la-Chapelle du département de chimie macromoléculaire de , a à peu près la taille d'une pile D standard et pèse 500 grammes. Alors que des aimants portables ont déjà été fabriqués, le nouveau permet des mesures RMN aussi précises que les grands aimants commerciaux. Il s'agit d'une étape supplémentaire importante vers la RMN mobile à haute résolution, selon Alexandre Pins , professeur de chimie à l'Université de Californie à Berkeley, qui développe un nouveau type de conceptions d'IRM compactes.
Lorsque la taille d'un aimant permanent diminue, il génère des champs magnétiques uniformes sur un plus petit volume en raison de minuscules imperfections dans son matériau et sa forme. Cela signifie que moins d'échantillon de matériau peut être utilisé, ce qui rend les mesures RMN presque mille fois moins sensibles que si un aimant supraconducteur était utilisé. Le signal RMN devient alors comparable au bruit électronique, et l'appareil peut manquer des produits chimiques présents en très petites quantités.
Le nouvel aimant génère un champ magnétique de 0,7 tesla, mais il génère un champ extrêmement homogène. En conséquence, c'est le premier aimant portable qui fonctionne avec les tubes conventionnels de cinq millimètres dans lesquels sont placés les échantillons de RMN. Le but de notre travail était de prendre ce tube, de maintenir le volume constant et de construire le plus petit aimant avec l'homogénéité souhaitée, explique Casanova. La chose importante que nous avons faite est de corriger l'inhomogénéité qui vient des imperfections de l'aimant.
Appelant les résultats impressionnants, Louis Bouchard , professeur de chimie à l'Université de Californie à Los Angeles, affirme qu'aucune conception antérieure d'aimant portable n'a atteint d'aussi bonnes performances. Bouchard estime que le coût de l'aimant devrait être bien inférieur à celui des aimants RMN commerciaux actuels. Cela conduira probablement à une plus grande diffusion de ces unités de RMN, dit-il. Si ces gars-là vendaient ce produit dans le commerce, j'en achèterais probablement un.
L'aimant portable pourrait rendre possibles des appareils RMN haute résolution sensibles qui peuvent être emmenés dans une fouille archéologique pour identifier les artefacts et dans une usine pour détecter la contamination des produits. Il pourrait être utilisé dans les cabinets médicaux pour repérer les caillots sanguins, les bactéries ou les protéines cancéreuses dans le sang d'un patient. Cela pourrait également permettre aux machines RMN portables de surveiller la production de médicaments et de produits chimiques en ligne au lieu de prélever des échantillons chimiques aux laboratoires de RMN pour analyse.
Casanova et ses collègues ont peaufiné une conception d'aimant bien connue connue sous le nom de réseau Halbach, un arrangement spécial de nombreux aimants permanents qui concentre les champs magnétiques uniquement sur un côté du réseau. Une conception courante est un cylindre Halbach, qui a un champ magnétique intense à l'intérieur du cylindre. C'est par là que partent les chercheurs. Comme ils le décrivent dans un article publié en ligne dans la revue chimie appliquée , ils empilent d'abord trois anneaux de samarium cobalt pour fabriquer le cylindre. Le diamètre extérieur du cylindre est de 35 millimètres ; le diamètre intérieur de 15 millimètres est assez grand pour contenir un tube RMN standard.
Chaque anneau magnétique est composé de pièces de forme trapézoïdale avec des espaces entre les deux. Ces espaces sont remplis de pièces rectangulaires qui se déplacent vers l'intérieur et l'extérieur jusqu'à deux millimètres. Les chercheurs mesurent l'inhomogénéité du champ magnétique créé par les anneaux de Halbach. Ensuite, à l'aide de simulations informatiques sophistiquées, ils calculent de combien ils ont besoin pour déplacer chacune des pièces rectangulaires pour ajuster le champ magnétique et lisser les inhomogénéités.
Des aimants encore meilleurs pourraient être possibles en ajustant la conception, selon les chercheurs. Alors que l'intensité du champ de l'aimant est actuellement de 0,7 tesla, l'augmentation du diamètre extérieur de l'aimant devrait permettre de générer 1,5 tesla, selon les chercheurs. De plus, en utilisant des aimants faits d'autres matériaux tels que le néodyme, jusqu'à deux teslas pourraient être générés.