Brevet FR3123730A1 — publié le 20221209

Procédé de caractérisation de propriétés magnéto-chirales d’un échantillon (1) par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique, le procédé comprenant les étapes suivantes : - (E1) génération d’un champ magnétique (B0) dirigé selon une direction magnétique (A) constante dans un sens magnétique, - (E2) disposition de l’échantillon (1) dans le champ magnétique (B0), - (E3) émission d’une énergie micro-onde vers l’échantillon, et - (E4) détermination d’une mesure d’une différence de résonance paramagnétique électronique entre une première micro-onde sortante et une deuxième micro-onde sortante, la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante sortant de l’échantillon et se propageant selon la direction magnétique (A), l’une des micro-ondes sortant dans le sens magnétique et l’autre dans un sens opposé au sens magnétique. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Procédé et dispositif de caractérisation de propriétés magnéto-chirales d’un échantillon par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique DOMAINE DE L'INVENTION L’invention concerne la caractérisation de propriétés magnéto-chirales d’un échantillon en utilisant la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE), en particulier pour les applications médicales et biologiques. ETAT DE LA TECHNIQUE La spectroscopie RPE classique permet l’étude des molécules présentant des interactions paramagnétiques (ferromagnétique, ferrimagnétique et antiferromagnétique) par l’intermédiaire de l’observation d’un champ magnétique externe statique à travers une cavité (onde stationnaire) pour lesquels il y a résonance avec un rayonnement de fréquence bien définie dans le domaine des micro-ondes. Lorsque la condition de résonance est remplie, on observe une absorption du rayonnement incident. La résonance paramagnétique électronique (RPE) est très communément utilisée pour caractériser des molécules paramagnétiques dans des produits chimiques. La technologie RPE est hautement spécifique et sensible pour les molécules paramagnétiques. Elle peut être appliquée à toute forme d’échantillon (cristaux, poudres, liquides). Par ailleurs beaucoup de molécules, en particulier celles d’intérêt biochimique, sont chirales, c’est-à-dire qu’elles existent sous deux formes différentes appelées énantiomères, l’une des formes étant l’image miroir de l’autre. L’activité chimique d’une molécule chirale dépend de cette caractéristique géométrique. Beaucoup de molécules, en particulier celles d’intérêt biochimique, sont à la fois chirales et paramagnétiques. C’est le cas par exemple des métalloprotéines qui représentent environ 30 % des protéines humaines, de certains radicaux ou de certains catalyseurs asymétriques. La fonctionnalité des molécules à la fois chirales et paramagnétiques réside dans le centre chiral paramagnétique et ne peut être étudiée efficacement que par une technique sensible et spécifique aux deux aspects combinés. Parmi les techniques existantes, la technologie RPE n’est pas chiro-sensible, c’est-à-dire qu’elle n’est pas sensible aux propriétés liées à la chiralité des molécules. D’autre part, les technologies connues pour étudier la chiralité moléculaire, comme par exemple le dichroïsme circulaire, ne sont pas magnéto-sensibles, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas sensibles aux propriétés de magnétisme des molécules, et en particulier aux propriétés de paramagnétisme. Elles sont aussi moins performantes. Il existe donc un besoin, en technologie RPE, de disposer d’un procédé de caractérisation d’espèces et molécules chimiques qui soit à la fois chiro-sensible et magnéto-sensible. Un but de l’invention est de proposer un procédé de caractérisation d’espèces et molécules chimiques qui est à la fois chiro-sensible et magnéto-sensible. Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé de caractérisation de propriétés magnéto-chirales d’un échantillon par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique, le procédé comprenant les étapes suivantes : - (E1) génération d’un champ magnétique dirigé selon une direction magnétique constante dans un sens magnétique, - (E2) disposition de l’échantillon dans le champ magnétique, - (E3) émission d’une énergie micro-onde vers l’échantillon, et - (E4) détermination d’une mesure d’une différence de résonance paramagnétique électronique entre une première micro-onde sortante et une deuxième micro-onde sortante, la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante sortant de l’échantillon et se propageant selon la direction magnétique, l’une des micro-ondes sortant dans le sens magnétique et l’autre dans un sens opposé au sens magnétique. Le procédé présenté comprend le traitement de deux micro-ondes issues de l’échantillon placé sous champ magnétique après excitation de l’échantillon par un champ micro-onde. En particulier, le procédé comprend la détermination d’une mesure d’une différence de résonance paramagnétique électronique entre ces deux micro-ondes sortantes, l’une des micro-ondes sortantes se propageant dans le même sens que le sens du champ magnétique et l’autre se propageant dans le sens opposé au sens du champ magnétique. La configuration différente des micro-ondes sortantes vis-à-vis du champ magnétique permet d’exploiter un effet qui lie le magnétisme et la chiralité. La résonance paramagnétique électronique d’une molécule chirale de l’échantillon avec une micro-onde, c’est-à-dire sa réponse RPE, dépend précisément de la direction relative de la propagation de la micro-onde par rapport à la direction du champ magnétique. La différence de résonance paramagnétique électronique entre les micro-ondes sortantes, qui est égale à zéro pour un échantillon non-chiral, représente la contribution magnéto-chirale. La mesure de cette différence déterminée au cours du procédé permet de caractériser des propriétés magnéto-chirales de l’échantillon. Un tel procédé est avantageusement et optionnellement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - le champ magnétique est constant ; - l’émission d’une énergie micro-onde (E3) comprend l’émission d’une première micro-onde entrante et d’une deuxième micro-onde entrante se propageant selon la direction magnétique et dans des sens opposés, chaque micro-onde sortante étant une transmission à travers l’échantillon de l’une des micro-ondes entrantes, la détermination de la mesure de la différence comprenant une mesure d’une différence d’absorption par l’échantillon des micro-ondes entrantes ; - l’émission d’une énergie micro-onde (E3) vers l’échantillon comprend une émission d’une impulsion micro-onde adaptée pour que l’échantillon émette les première et deuxième micro-ondes sortantes ; - la détermination de la mesure de la différence comprend une génération d’une micro-onde de différence qui est une différence entre la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante et une mesure de la micro-onde de différence ; - la détermination de la mesure de la différence comprend une mesure de la première micro-onde sortante et de la deuxième micro-onde sortante et une détermination de la différence entre les deux mesures ; - l’émission d’une énergie micro-onde (E3) vers l’échantillon comprend une émission d’une micro-onde entrante se propageant selon l’axe magnétique et dans un sens de propagation, la génération (E1) d’un champ magnétique (B0) étant configurée de sorte que le sens magnétique est pendant une première période temporelle le sens de propagation et est pendant une deuxième période temporelle opposé au sens de propagation, la première micro-onde sortante étant une transmission de la micro-onde entrante à travers l’échantillon pendant la première période temporelle et la deuxième micro-onde sortante étant une transmission de la micro-onde entrante à travers l’échantillon pendant la deuxième période temporelle. L’invention porte également sur un dispositif de caractérisation de propriétés magnéto-chirales d’un échantillon par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique, le dispositif comprenant : - un générateur de champ magnétique dirigé selon un axe magnétique dans un sens magnétique, - un porte-échantillon configuré pour disposer l’échantillon dans le champ magnétique, - une source micro-onde configurée pour envoyer de l’énergie micro-onde vers l’échantillon, - un module de mesure configuré pour mesurer une différence de résonance paramagnétique électronique entre une première micro-onde sortante et une deuxième micro-onde sortante, la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante sortant de l’échantillon et se propageant selon la direction magnétique, l’une des micro-ondes sortantes dans le sens magnétique et l’autre dans un sens opposé au sens magnétique. Un tel dispositif est avantageusement et optionnellement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - le générateur de champ magnétique est configuré pour produire un champ magnétique constant ; - la source micro-onde est configurée de sorte que l’énergie micro-onde envoyée comprend une première micro-onde entrante et une deuxième micro-onde entrante se propageant selon l’axe magnétique et dans des sens opposés, chaque micro-onde sortante étant une transmission à travers l’échantillon de l’une des micro-ondes entrantes, le module de mesure étant configuré pour mesurer une différence d’absorption par l’échantillon des micro-ondes entrantes ; - un guide d’onde micro-onde et un diviseur de micro-ondes connectés à la source micro-onde, le dispositif comprenant en outre deux circulateurs configurés pour séparer deux micro-ondes se propageant dans des sens opposés ; - la source micro-onde est configurée de sorte que l’énergie micro-onde envoyée comprend une impulsion micro-onde configurée pour que l’échantillon émette les première et deuxième micro-ondes sortantes, le module de mesure étant configuré pour mesurer une différence des amplitudes des première et deuxième micro-ondes sortantes ; - un réglage en phase configuré pour modifier une phase d’au moins une parmi la première et la deuxième micro-ondes sortantes, et un réglage en amplitude configuré pour modifier une amplitude d’au moins une parmi la première et la deuxième micro-ondes sortante ; - un système de soustraction de deux micro-ondes, configuré pour générer une micro-onde de différence qui est une différence entre la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante ; - le module de mesure est configuré pour mesurer la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante et déterminer la différence entre les deux mesures ; - la source micro-onde est configurée de sorte que l’énergie micro-onde envoyée comprend une micro-onde entrante se propageant selon l’axe magnétique et dans un sens de propagation, le générateur de champ magnétique étant configuré de sorte que le sens magnétique est pendant une première période temporelle le sens de propagation et est pendant une deuxième période temporelle opposé au sens de propagation, la première micro-onde sortante étant une transmission de la micro-onde entrante à travers l’échantillon pendant la première période temporelle et la deuxième micro-onde sortante étant une transmission de la micro-onde entrante à travers l’échantillon pendant la deuxième période temporelle ; - un modulateur du champ magnétique configuré pour moduler la différence entre la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante, et un démodulateur synchronisé avec le modulateur, de sorte à démoduler la différence entre la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la représente schématiquement un premier mode de réalisation de l’invention, - la représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de l’invention, - la représente schématiquement un troisième mode de réalisation de l’invention. Procédé de caractérisation de propriétés magnéto-chirales d’un échantillon (1) par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique, le procédé comprenant les étapes suivantes : - (E1) génération d’un champ magnétique (B0) dirigé selon une direction magnétique (A) constante dans un sens magnétique, - (E2) disposition de l’échantillon (1) dans le champ magnétique (B0), - (E3) émission d’une énergie micro-onde vers l’échantillon, et - (E4) détermination d’une mesure d’une différence de résonance paramagnétique électronique entre une première micro-onde sortante et une deuxième micro-onde sortante, la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante sortant de l’échantillon et se propageant selon la direction magnétique (A), l’une des micro-ondes sortant dans le sens magnétique et l’autre dans un sens opposé au sens magnétique. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le champ magnétique est constant. Procédé selon la revendication 2 dans lequel : l’émission d’une énergie micro-onde (E3) comprend l’émission d’une première micro-onde entrante et d’une deuxième micro-onde entrante se propageant selon la direction magnétique et dans des sens opposés, chaque micro-onde sortante étant une transmission à travers l’échantillon de l’une des micro-ondes entrantes, la détermination de la mesure de la différence comprenant une mesure d’une différence d’absorption par l’échantillon des micro-ondes entrantes. Procédé selon la revendication 2 dans lequel l’émission d’une énergie micro-onde (E3) vers l’échantillon comprend une émission d’une impulsion micro-onde adaptée pour que l’échantillon émette les première et deuxième micro-ondes sortantes. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel la détermination de la mesure de la différence comprend une génération d’une micro-onde de différence qui est une différence entre la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante et une mesure de la micro-onde de différence. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel la détermination de la mesure de la différence comprend une mesure de la première micro-onde sortante et de la deuxième micro-onde sortante et une détermination de la différence entre les deux mesures. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’émission d’une énergie micro-onde (E3) vers l’échantillon comprend une émission d’une micro-onde entrante se propageant selon l’axe magnétique et dans un sens de propagation, la génération (E1) d’un champ magnétique (B0) étant configurée de sorte que le sens magnétique est pendant une première période temporelle le sens de propagation et est pendant une deuxième période temporelle opposé au sens de propagation, la première micro-onde sortante étant une transmission de la micro-onde entrante à travers l’échantillon pendant la première période temporelle et la deuxième micro-onde sortante étant une transmission de la micro-onde entrante à travers l’échantillon pendant la deuxième période temporelle. Dispositif de caractérisation de propriétés magnéto-chirales d’un échantillon (1) par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique, le dispositif comprenant : - un générateur de champ magnétique (B0) dirigé selon un axe magnétique (A) dans un sens magnétique, - un porte-échantillon configuré pour disposer l’échantillon dans le champ magnétique (B0), - une source micro-onde configurée pour envoyer de l’énergie micro-onde vers l’échantillon, - un module de mesure configuré pour mesurer une différence de résonance paramagnétique électronique entre une première micro-onde sortante et une deuxième micro-onde sortante, la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante sortant de l’échantillon et se propageant selon la direction magnétique (A), l’une des micro-ondes sortantes dans le sens magnétique et l’autre dans un sens opposé au sens magnétique. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel le générateur de champ magnétique est configuré pour produire un champ magnétique constant. Dispositif selon la revendication 9 dans lequel la source micro-onde est configurée de sorte que l’énergie micro-onde envoyée comprend une première micro-onde entrante et une deuxième micro-onde entrante se propageant selon l’axe magnétique et dans des sens opposés, chaque micro-onde sortante étant une transmission à travers l’échantillon de l’une des micro-ondes entrantes, le module de mesure étant configuré pour mesurer une différence d’absorption par l’échantillon des micro-ondes entrantes. Dispositif selon la revendication 10 comprenant un guide d’onde micro-onde et un diviseur de micro-ondes connectés à la source micro-onde, le dispositif comprenant en outre deux circulateurs configurés pour séparer deux micro-ondes se propageant dans des sens opposés. Dispositif selon la revendication 9 dans lequel la source micro-onde est configurée de sorte que l’énergie micro-onde envoyée comprend une impulsion micro-onde configurée pour que l’échantillon émette les première et deuxième micro-ondes sortantes, le module de mesure étant configuré pour mesurer une différence des amplitudes des première et deuxième micro-ondes sortantes. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 12 comprenant un réglage en phase configuré pour modifier une phase d’au moins une parmi la première et la deuxième micro-ondes sortantes, et un réglage en amplitude configuré pour modifier une amplitude d’au moins une parmi la première et la deuxième micro-ondes sortantes. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 13 comprenant un système de soustraction de deux micro-ondes, configuré pour générer une micro-onde de différence qui est une différence entre la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 13 dans lequel le module de mesure est configuré pour mesurer la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante et déterminer la différence entre les deux mesures. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel la source micro-onde est configurée de sorte que l’énergie micro-onde envoyée comprend une micro-onde entrante se propageant selon l’axe magnétique et dans un sens de propagation, le générateur de champ magnétique étant configuré de sorte que le sens magnétique est pendant une première période temporelle le sens de propagation et est pendant une deuxième période temporelle opposé au sens de propagation, la première micro-onde sortante étant une transmission de la micro-onde entrante à travers l’échantillon pendant la première période temporelle et la deuxième micro-onde sortante étant une transmission de la micro-onde entrante à travers l’échantillon pendant la deuxième période temporelle. Dispositif selon l’une des revendications 8 à 16 comprenant un modulateur du champ magnétique configuré pour moduler la différence entre la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante, et un démodulateur synchronisé avec le modulateur, de sorte à démoduler la différence entre la première micro-onde sortante et la deuxième micro-onde sortante.