- Microscopie à force de résonance magnétique
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La microscopie à force de résonance magnétique (en anglais, magnetic resonance force microscopy) est un procédé de nano-IRM développé depuis le début des années 1990.
Sommaire
Principe
Le procédé s'appuie premièrement sur le phénomène de résonance magnétique, déjà mis en œuvre par l'IRM : un champ magnétique radiofréquence bascule hors d'équilibre les spins s'il est à la fréquence de Larmor. Un gradient de champ magnétique code spatialement cette fréquence de résonance avec une résolution spatiale proportionnelle à son amplitude. Il s'appuie deuxièmement sur les techniques de microscopie à force atomique, inventée en 1986 par des chercheurs d'IBM. Le nanodétecteur détecte la résonance des spins grâce à un levier mécanique, capable de vibrer à partir de l'absorption d'une quantité d'énergie très faible.
Histoire
Un MRFM
Reconnaître une utilité à placer l'échantillon dans un champ inhomogène est un concept assez contre-intuitif pour un spectroscopiste de la résonance magnétique. La première détection mécanique de la résonance magnétique nucléaire (RMN) fut obtenue par D.F. Evans en 1955 [1] a longtemps été perçue comme une simple prouesse technique faute d'avoir su exploiter cet intérêt du codage spatial.
À l'époque, Evans cherchait de nouveaux moyens pour mesurer la composante statique de la susceptibilité nucléaire. Inspiré par la balance de Faraday, il propose de placer l'échantillon dans un champ inhomogène afin d'y exercer une force dessus. Il note que la sensibilité de son dispositif est comparable à celle d'une détection inductive. Dans son commentaire de conclusion, il écrit cependant, que sa technique n'aura sans doute aucune utilité pratique : l'emploi d'un champ inhomogène étant nécessaire, la résolution spectrale est intrinsèquement mauvaise.
On note en 1961, une mention faite par A. Abragam dans l'introduction de son fameux livre [2], puis en 1967, une tentative par Alzetta et al. [5, 4] de détecter mécaniquement le signal de résonance paramagnétique électronique du Diphenylpicrylhydrazyl (en) (DPPH (en)). Dans ce cas, l'échantillon est placé dans un champ homogène et le couple est mesuré.
En 1973 deux physiciens, Paul Lauterbur et Peter Mansfield, propose d'utiliser ce gradient pour faire un codage spatial, donnant ainsi naissance à l'imagerie par résonance magnétique (IRM).
Cette découverte fut couronnée en 2003 par un prix Nobel. Côté détection mécanique, peu de travaux s'ensuivront pendant plusieurs dizaines d'années. Elles furent remises au goût du jour par J.A. Sidles[1] en 1991 au vu des progrès obtenus à la fois en IRM mais aussi en microscopie à force atomique (AFM).
Sidles souligne l'avantage d'utiliser un détecteur proportionnel au gradient de champ, permettant d'augmenter fortement la résolution spatiale sans détérioration de la sensibilité, en opérant dans un champ très inhomogène. Plusieurs progrès significatifs suivirent ces premières démonstrations de faisabilité. Des études consécutives montrèrent la remarquable amélioration de la résolution spatiale en imagerie RPE, RMN et RFM.
Référence
- J. A. Sidles, « Noninductive detection of single-proton magnetic resonance », dans Applied Physics Letters, vol. 58, 1991, p. 2854–6 [lien DOI]
Voir aussi
Bibliographie
- D. Rugar, R. Budakian, H. Mamin, B. Chui, Single spin detection by magnetic resonance force microscopy, Nature 430 (6997): 329–32. doi:10.1038/nature02658. PMID 15254532, 2004
- C. L. Degen, M. Poggio, H. J. Mamin, C. T. Rettner, et D. Rugar, Nanoscale magnetic resonance imaging, PNAS 106 (5): 1313. doi:10.1073/pnas.0812068106. PMID 19139397, 2009
- D. F. Evans, Phil. Mag., 1, 1956, p. 370.
- P. C. Lauterbur, Nature, 242, 1973, p. 190.
- P. Mansfield and P. K. Granell, J. Phys., C 6, 1973, p. L422.
- G. Alzetta, E. Arimondo, C. Ascoli, et A. Gozzini, Il Nuovo Cimento, 52B, 1967, p. 392.
Liens externes
- Pour La Science, ACTUALITÉS, 24/01/2009, La nano-IRM, une nouvelle imagerie moléculaire ?
- Degen CL, Poggio M, Mamin HJ, Rettner CT, Rugar D (12 January 2009). "Nanoscale magnetic resonance imaging". PNAS (We have combined ultrasensitive magnetic resonance force microscopy (MRFM) with 3D image reconstruction to achieve magnetic resonance imaging (MRI) with resolution <10 nm.) 106 (5): 1313–7. doi:10.1073/pnas.0812068106. PMID 19139397.
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