Développement d’un spectromètre à résonance paramagnétique électronique, pulsé à puissance élevée et hautement sensible, optimisé pour la biologie structurale intracellulaire

La résonance paramagnétique électronique (RPE) permet d’étudier la structure d’espèces paramagnétiques ainsi que leur environnement immédiat à des échelles allant de l’ångström au nanomètre. Ces espèces incluent des radicaux et de nombreux ions métalliques communs qui jouent une grande variété de rôles dans des processus biologiques importants tels la respiration, la photosynthèse et le stress oxydant. Elles sont souvent difficiles à étudier de manière spécifique et sensible via d’autres méthodes. Surtout, les mesures RPE peuvent être réalisées dans des environnements complexes, par exemple à l’intérieur du cytosol cellulaire. Ces mesures intracellulaires sont grandement améliorées par des fréquences microondes élevées et des hauts champs magnétiques.

L’objectif du projet financé par le DIM ELICIT est le développement d’un spectromètre RPE 94 GHz pulsé à puissance élevée et hautement sensible, optimisé pour la biologie structurale intracellulaire. Nous avons conçu et construit un module pour remplacer le dispositif commercial qui faisait jusqu’à présent partie du spectromètre RPE pulsé haute fréquence haut champ du CEA-Saclay. Le nouveau module comprend (1) un amplificateur microondes 2 W afin d’augmenter la puissance d’excitation et (2) un nouveau récepteur microondes stable à hautes fréquences.

Le dessin et la construction du module ont été achevés courant été 2019. Les essais montrent qu’il est capable de puissances d’excitation pulsée beaucoup plus élevées que le dispositif commercial. Les résultats préliminaires montrent que le nouveau récepteur est beaucoup plus stable sur de longues périodes (>24h) et que, dans certaines conditions, il est potentiellement deux fois plus sensible. Ces améliorations augmenteront considérablement l’efficacité de l’acquisition des données et, plus important, elles élargiront l’éventail des mesures biophysiques possibles à l’intérieur des cellules.

À l’automne 2019, le module nouvellement construit a été entièrement intégré au spectromètre et est maintenant soumis à une utilisation et à des essais quotidiens en conditions réelles.