La nouvelle méthode expérimentale IR-DOSY révèle la structure et la taille moléculaires


Des chercheurs de l’Université d’Amsterdam ont développé une nouvelle approche de la spectroscopie infrarouge qui permet la caractérisation simultanée de la structure et de la taille moléculaires. Appelée spectroscopie ordonnée par diffusion infrarouge (IR-DOSY), la méthode sépare bien les molécules de différentes tailles en ensembles distincts de pics IR. Reportage sur IR-DOSY dans un article qui vient d’être accepté par chimie appliquée, les chercheurs envisagent des applications analytiques dans des domaines aussi divers que les protéines, les polymères, la pharmacie et la biomédecine. Ils développent actuellement une première version d’une sonde chimique pratique mettant en œuvre le concept IR-DOSY.

La spectroscopie infrarouge (IR) est un cheval de bataille important dans l’analyse des composés chimiques. Il aide à identifier les molécules en fonction de leurs groupes fonctionnels et de leur conformation spatiale. En général, la spectroscopie IR n’est pas sensible à la Taille des molécules. Inspirés d’une approche déjà existante en spectroscopie RMN, les chercheurs d’Amsterdam appliquent désormais le principe de spectroscopie ordonnée de diffusion à IR. Ici, les molécules présentes dans un échantillon sont séparées en fonction de leur comportement de diffusion avant l’analyse spectrale. IR-DOSY repose sur le fait que la diffusion d’une molécule est entièrement déterminée par sa taille – un concept qui a été établi pour la première fois par Albert Einstein dans son article classique de 1905 sur le mouvement brownien des particules microscopiques.

Le spectromètre IR-DOSY crée une distribution spatialement inhomogène des molécules de soluté à l’aide d’une méthode d’écoulement simple mais efficace qui transporte à la fois le mélange et le solvant pur dans une chambre d’échantillon. Après l’arrêt du flux, les molécules de soluté commencent à diffuser dans la région du solvant pur, à une vitesse qui dépend de leur coefficient de diffusion. L’absorption infrarouge est mesurée à une position dans la chambre où il n’y avait initialement que du solvant. Au fil du temps, les molécules de soluté en diffusion commencent à apparaître dans le faisceau infrarouge. De cette manière, pour tous les types de molécules, les spectres IR individuels sont enregistrés à différents moments dans le temps, en fonction de leurs tailles. IR-DOSY produit ainsi un spectre bidimensionnel avec la fréquence IR le long d’un axe et la constante de diffusion (ou de manière équivalente, la taille) le long de l’autre axe.

Protéines, polymères et nanoparticules

Dans leur article Angewandte, les chercheurs affirment que bien que le pouvoir séparateur de l’IR-DOSY soit inférieur à celui des méthodes chromatographiques typiques, il présente l’avantage qu’aucune connaissance préalable n’est requise sur la structure chimique des composés présents dans l’échantillon. Le pouvoir de séparation peut même être augmenté en ajoutant un dispositif d’électrophorèse pour séparer activement les espèces dans la solution d’échantillon.

Parmi les applications présentées dans l’article figure l’analyse des agrégats de protéines et des fibrilles. Ici, IR-DOSY permet d’étudier simultanément les monomères, les oligomères et les fibrilles, qui coexistent généralement dans un échantillon. Les polymères et les nanoparticules de plastique constituent un autre domaine de recherche intéressant car les échantillons contiennent généralement de nombreuses molécules différentes de différentes tailles. La sélectivité en taille et la sensibilité à la structure pourraient également rendre IR-DOSY utile dans les domaines pharmaceutique et biomédical. Par exemple, il a le potentiel de détecter des traces de petites molécules présentes dans les produits pharmaceutiques.

Dans le contexte biomédical, il pourrait par exemple être utilisé pour détecter et caractériser structurellement des espèces de faible poids moléculaire dans le sérum sanguin humain. Dans tous les cas, l’analyse IR-DOSY fournit des informations précieuses sur la taille ou la distribution en taille des molécules ou des agrégats moléculaires dans un échantillon.

Une sonde pratique

La méthode IR-DOSY a été développée dans le cadre d’un effort conjoint de l’Institut de physique de l’université et de l’Institut Van ‘t Hoff des sciences moléculaires. Au sein de ce dernier, le professeur Sander Woutersen et le Dr Giulia Giubertoni, en collaboration avec le Dr Saer Samanipour, développent maintenant la méthode en un dispositif rentable qui peut être utilisé par des chercheurs de différentes disciplines dans n’importe quel laboratoire comme outil d’analyse ou de diagnostic. . Pour cela, ils ont récemment reçu une «subvention de démonstration» de 160 000 euros par le Conseil néerlandais de la recherche NWO. Le développement de la sonde est un effort conjoint en coopération avec le Centre de technologie de l’université, le bureau de transfert de technologie IXA et le Demonstrator Lab Science Park.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Université d’Amsterdam. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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