Résonance Magnétique sans Champ Magnétique – HyperZULF

Le projet repose sur la combinaison de trois avancées méthodologiques majeures. La première concerne l’hyperpolarisation de noyaux via la dissolution DNP, en utilisant des stratégies avancées de transfert de polarisation permettant de polariser efficacement à la fois les protons et des noyaux hétéroatomiques. La seconde repose sur le développement de matrices hyperpolarisantes poreuses innovantes (HYPSO), permettant de produire des solutions hyperpolarisées totalement exemptes de radicaux paramagnétiques, condition indispensable pour la RMN à champ nul.

Enfin, un spectromètre RMN à champ nul compact a été développé et intégré avec le système d’hyperpolarisation, en optimisant les étapes de dissolution, de transfert et d’injection rapides afin de préserver la polarisation. L’ensemble de ces approches a permis de démontrer expérimentalement la compatibilité entre hyperpolarisation et RMN ZULF.

Le projet HyperZULF a démontré la possibilité d’obtenir des spectres RMN à champ nul à partir de solutions hyperpolarisées produites par dDNP. Un résultat clé est la mise au point de formulations d’échantillons basées sur des matrices HYPSO de nouvelle génération, permettant d’éliminer totalement les radicaux paramagnétiques de la solution finale, ce qui améliore significativement la résolution et l’intensité des signaux RMN.

Le projet a également conduit à la mise en service complète d’un spectromètre ZULF et à l’obtention de spectres RMN en une seule acquisition sur des molécules modèles. Ces résultats constituent une avancée majeure recallant la sensibilité de la RMN à champ nul et ouvrent la voie à de nouvelles applications analytiques.

Les perspectives ouvertes par HyperZULF sont nombreuses. À court terme, l’approche développée pourra être étendue à une plus grande variété de molécules et de systèmes complexes, notamment en catalyse et en science des matériaux. À moyen terme, l’amélioration des dispositifs de transfert et l’optimisation des matrices hyperpolarisantes permettront d’augmenter encore la sensibilité et la robustesse de la méthode.

À plus long terme, HyperZULF pourrait contribuer à l’émergence de spectromètres RMN compacts, sans aimant supraconducteur, adaptés à des environnements contraints ou industriels, et ouvrir de nouvelles perspectives pour l’analyse chimique et physico-chimique in situ.

La résonance magnétique nucléaire (NMR) conventionnelle à haut champ à l'état liquide est une méthode puissante mais les expériences NMR doivent être réalisées dans un environnement spécifique (à l'intérieur d'un champ magnétique très homogène), ce qui empêche son utilisation dans de nombreuses applications. Le couplage de la résonance magnétique à zéro champ et très bas champ (ZULF) [1] avec l'hyperpolarisation [2] par la polarisation nucléaire dynamique par dissolution (dDNP) [3-5] permet d'obtenir une résonance magnétique sensible à haute résolution avec des molécules arbitraires dans des environnements difficiles tels que des récipients métalliques et des milieux poreux présentant des hétérogénéités de susceptibilité magnétique élevées. Cela nécessite un dispositif expérimental robuste combinant les deux techniques. Augmenter la sensibilité de la RMN à zéro champ par la dDNP représente un défi en raison de la relaxation induite par les agents paramagnétiques. Nous pensons que cette limitation sera levée par l'utilisation de matrices hyperpolarisantes récemment introduites par le co-appliquant français. Nous utiliserons la combinaison de l'hyperpolarisation et de la résonance magnétique à zéro champ pour étudier l'hydrogénation catalytique de composés insaturés, les processus enzymatiques hétérogènes et les processus d'oligomérisation et de polymérisation. En particulier, cela permettra de comparer les processus catalytiques homogènes et hétérogènes par NMR.