Thèse en cours

Xénon hyperpolarisé et microbobines pour l'étude de cellules biologiques par résonance magnétique
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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 13/06/2018. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Guillaume Carret
Direction : Patrick Berthault
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Physique
Date : Inscription en doctorat le
Soutenance le 13/06/2018
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale INTERFACES : approches interdisciplinaires, fondements, applications et innovation
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NIMBE - Nanosciences et Innovation pour les Matériaux la Biomédecine et l'Énergie
établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Saclay (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Charlotte Martineau-corcos
Examinateurs / Examinatrices : Patrick Berthault, Geoffrey Bodenhausen, Gaël DE PAëPE, Marie Poirier-quinot, Martial Piotto
Rapporteurs / Rapporteuses : Geoffrey Bodenhausen, Gaël DE PAëPE

Résumé

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La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est une technique puissante et polyvalente pour étudier les systèmes chimiques. Cependant, elle est souvent limitée par sa faible sensibilité intrinsèque. Les récents développements d’espèces hyperpolarisées ont permis d’ouvrir un nouvel horizon pour cette technique, en permettant de réduire fortement les limites de détection ce qui permet notamment d’étudier des processus biologiques. Cependant, le caractère transitoire de l’hyperpolarisation oblige à repenser les protocoles et modes d’administration de ces espèces. Dans le cas du parahydrogène et des gaz nobles hyperpolarisés comme le xénon 129 ou l’hélium 3, il est nécessaire d’assurer une dissolution efficace et reproductible du gaz dans l’échantillon, sans perdre son hyperpolarisation. Nous avons ainsi développé un microréacteur imprimé en 3D qui permet, par un système de pompe à bulles, de réaliser deux fonctions : Il assure une dissolution performante du gaz dans un faible volume de solution (200µL), et permet de mettre en mouvement cette dernière afin de réaliser une homogénéisation de l’échantillon. En plaçant une microbobine le long du parcours de la solution, nous avons été en mesure de réaliser des expériences de RMN in-situ avec un rapport signal sur bruit optimal, grâce à l’excellent couplage que présente la bobine avec l’échantillon. Ce réacteur a en outre été conçu pour prendre place au sein d’une sonde de microimagerie commerciale. Cette solution nous permet de profiter du système de gradients du spectromètre et de l’électronique d’accord de la sonde, ce qui limite fortement le coût d’utilisation de notre insert microfluidique. Nous également montré qu’un dépôt sous vide de polymère inerte à la surface des pièces permettait d’obtenir des réacteurs biocompatibles, qui nous permis de réaliser des expériences de RMN du xénon 129 sur des cellules humaines, et d’observer le signal du xénon à l’intérieur de celles-ci. En exploitant le flux de liquide à l’intérieur de système, nous avons démontré qu’il était possible de simplifier l’étude de noyaux relaxant lentement. En effet, en remplaçant entre chaque acquisition les spins venant d’être excités par des spins ayant eu le temps de relaxer nous pouvons, grâce à la grande sensibilité de la bobine augmenter la vitesse d’accumulation des spectres, sans pour autant perdre en sensibilité. Ce système a d’ailleurs été mis à profit pour l’observation de réactions chimiques, une utilisation pour laquelle il est bien adapté du fait qu’il s’agit avant tout d’un réacteur permettant l’introduction d’échantillons et leur homogénéisation. Ceci nous a permis de suivre la cinétique de réactions sans perdre les premiers points de la courbe et ce même si les centres réactionnels relaxent lentement. Enfin, dans le but de rendre ces systèmes plus versatiles, nous avons mis au point une nouvelle version de ce microréacteur qui prend cette fois la place d’un simple tube RMN, au sein d’une sonde RMN commerciale à haute résolution. En utilisant un couplage inductif entre le résonateur de l’insert et la bobine de la sonde, nous pouvons dès lors diminuer plus encore le coût d’adoption de notre système tout en permettant de conserver les avantages de la sonde commerciale, comme la présence de gradients ou de canaux radiofréquences multiples. En outre, nous avons montré que l’apparition de deux fréquences de résonance lors de l’introduction de l’insert inductif peut être mise à profit pour l’étude de deux noyaux (et donc deux fréquences de résonance) différents à l’aide d’une sonde à simple résonance. L’intérêt de cette approche étant que les deux noyaux en question bénéficient ainsi de l’excellent couplage avec l’échantillon permis par la microbobine.