Dans cette interview, la responsable de programme, Alia Hassan et la scientifique d'application Barbara Perrone, discutent des améliorations de sensibilité révolutionnaires obtenues avec le CPMAS CryoProbe – tous les avantages du CryoProbe, désormais disponible pour les solides.
Sommaire
Quels sont les derniers développements de la technologie CryoProbe chez Bruker?
Chez Bruker, nous évoluons rapidement avec la technologie CryoProbe. Nous avons introduit la première technologie CPMAS CryoProbe en 2018. Un an plus tard, nous avons eu le lancement des premiers biosolides CryoProbe, et maintenant en 2020, nous avons introduit la technologie de la sonde BroadBand.
La première sonde qui appartient à cette nouvelle famille de sondes est la BioSolids CPMAS CryoProbe. Il s'agit d'une sonde à triple résonance pour 1H, 13C et 15N à 600 MHz. Cette sonde est une sonde à triple résonance, elle est donc appropriée pour faire des expériences de polarisation double et triple croisée et il est également possible d'utiliser cette sonde avec un fort champ de découplage de protons. Cela signifie que vous avez tous les outils nécessaires pour faire des expériences sur les biosolides, et vous pouvez le faire à des températures physiologiques.
Ce produit a été lancé en 2019 lors de la conférence ENC. Moins d'un an après, nous avons publié certains travaux que nous avons effectués avec nos clients et ce fut une surprise très bienvenue pour nous d'avoir fait la couverture de JMR en janvier 2020, et à nouveau le mois prochain.
Crédit d'image: Shutterstock / GiroScience
Quelles sont les principales caractéristiques du nouveau CPMAS CryoProbe?
Le nouveau CPMAS CryoProbe offre une amélioration de la sensibilité d'un facteur trois ou plus. Cela conduit à une réduction du temps expérimental d'un ordre de grandeur et donc à une productivité accrue.
Par exemple, nous avons comparé le spectre 1-DCP pris sur le CryoProbe et sur une sonde ST conventionnelle. Nous avons trouvé une amélioration de trois à quatre facteurs de la sensibilité sur le CryoProbe qui, si vous le traduisez, réduit le temps expérimental d'un facteur de neuf à 16.
La conception RF de ce CryoProbe est spécialement conçue pour pouvoir résister aux exigences difficiles de la RMN à l'état solide, ce qui signifie les frais nécessaires pour maintenir un rayonnement sur les noyaux multiples et des expériences comme le CP ou le double CP et le découplage haute puissance peut être fait sans aucun problème sur ce CryoProbe.
Comment cette amélioration de l'amélioration de la sensibilité est-elle obtenue?
Sur la base des mêmes principes que ceux utilisés pour les autres Bruker Hagen CryoProbes: nous refroidissons cryogéniquement la bobine, le circuit RF et les préamplificateurs, ce qui entraîne une augmentation du rapport signal / bruit. Un attrait majeur de cette technologie est que pendant que nous refroidissons tous ces éléments, en particulier avec la bobine et les circuits RF, l'échantillon lui-même, reste dans sa composition d'origine, à la température souhaitée et avec sa largeur de ligne naturelle.
Comment la cryosonde est-elle conçue et utilisée?
L'échantillon se trouve dans une bouteille spéciale avec un diamètre extérieur de 3,2 mm et peut être tourné jusqu'à 20 kHz. Le CryoProbe lui-même a également une conception spéciale qui est différente de ses prédécesseurs pour la RMN liquide et l'IRM.
L'une des principales considérations qui ont conduit à cette conception était que pour changer l'échantillon, nous devions retirer la sonde de l'aimant. Par conséquent, les deux parties de la sonde, l'une d'elles qui est sur le côté droit et a le préamplificateur froid, qui reste à l'extérieur de l'aimant, et l'autre partie qui a la bobine RF et le rotor et l'entretoise ainsi comme ATM intégré pour régler et assortir. Cela va à l'intérieur de l'aimant. C'est la partie que nous allons retirer et faire pour changer le rotor.
Pour ce faire, nous avons développé un élévateur à commande automatique, qui rendra cette opération de changement de rotor facile et sûre. Un outil spécial est utilisé pour extraire le premier rotor, puis le nouveau rotor vient d'être inséré.
Une fois l'échantillon changé, nous sommes prêts à replacer la sonde dans l'aimant. En appuyant en bas, l'ascenseur déplace automatiquement la sonde vers le haut puis elle est insérée dans l'aimant. À la fin, il est fixé et verrouillé en place.
Après avoir inséré la sonde, nous procédons à l'ajustement de l'angle métrique. Le rotor se trouve en principe le long de l'axe d'angle métrique. Cependant, pour compenser tout désalignement, nous inclinerons la sonde autour du B0 axe d'une fraction de degré. Un doigt motorisé nous aide à réaliser ce mouvement de la sonde à l'intérieur de l'aimant.
Comment avez-vous confirmé que cette approche fonctionne?
Nous avons d'abord testé cette méthode avec un échantillon KBr. Nous avons ajusté l'angle métrique, nous avons sorti la sonde de l'aimant, nous l'avons remise en place puis nous avons pu reproduire le même spectre KBr.
Nous avons également testé les paramètres d'angle métrique sur une autre expérience plus sensible aux imperfections d'angle métrique. Il s'agissait d'une expérience de deux jours réalisée sur du 87-rubidium dans un composé composé de sulfure de rubidium.
Nous avons ajusté l'angle métrique, puis nous avons sorti la sonde et à quelques reprises. Nous nous sommes arrêtés et avons commencé la rotation plusieurs fois, puis nous avons laissé l'expérience se dérouler pendant environ 14 heures. À la fin, nous avons constaté que le réglage de l'angle métrique était très, très stable et nous avions une excellente reproductibilité.
Quelles sont les applications potentielles du CPMAS CryoProbe?
La gamme d'applications de notre CPMAS CryoProbe est vaste. Nous avons quelques exemples, et ce ne sont qu'une petite fraction des applications qui ont déjà été explorées par nos clients.
Les sondes ont été utilisées pour des études structurales de biopolymères. Par exemple, nous avons testé cette sonde sur des échantillons amyloïdes, sur de grands assemblages de protéines, même dans des protéines dans l'environnement natif ou encore plus directement dans des études cellulaires.
Nous avons également testé la sonde pour enquêter sur les produits naturels. Un de nos clients nous a demandé de suivre la dégradation des aliments causée par les maladies fongiques.
Nous avons également utilisé la sonde pour caractériser des nano transporteurs ou des médicaments qui ont été inclus dans des travaux de premier choix sur les métaux organiques, ainsi que pour une caractérisation avancée des ingrédients pharmaceutiques.
Ce type de sonde est très utile lorsqu'il s'agit d'échantillons à faible sensibilité, qui ont par exemple des systèmes diloïdes, ou sont en abondance naturelle ou présentent un faible niveau de marquage ou lorsqu'il s'agit de noyaux insensibles.
Y a-t-il des exemples spécifiques?
Une application évidente pour avoir une telle amélioration de la sensibilité est d’aller acquisition de données plus rapide. Par exemple, nous avons utilisé un échantillon d'une protéine prion et nous avons pu enregistrer un 2D 13C13Spectres de corrélation C utilisant le mélange DARR en seulement une heure avec un seul balayage par ligne. La qualité de la résolution et la sensibilité étaient très élevées.
Au lieu d'aller pour une acquisition plus rapide, vous pouvez décider de gagner une dimension supplémentaire. Par exemple, nous avons effectué une corrélation tridimensionnelle, CaNCO, sur le même échantillon de protéines en seulement sept heures sans échantillonnage non uniforme. Cela a fonctionné sur quatre scans pour chaque incrément et vous pouvez l'étendre à une autre dimension supplémentaire. Ainsi, nous avons enregistré un CONCaCX 4D et cela n'a pris que 5,5 jours, ce qui est normalement le temps que vous devrez consacrer à une sonde de température ambiante pour acquérir une expérience 3D.
Nous avons également utilisé cette sonde pour explorer les systèmes dilués. Nous avons exploré un grand assemblage de protéines composé de 349 protéines résiduelles dans un complexe avec une protéine non marquée. La quantité totale de matière isotopiquement liquide était d'environ 9% sur ces échantillons. Nous avons fait deux expériences en trois dimensions, NCACX et NCOCX.
Ces deux expériences ont pris environ cinq jours pour la première et environ six jours pour la seconde. Il est très intéressant de noter que les auteurs ont comparé ces résultats avec les résultats qu'ils ont obtenus sur leur sonde de température ambiante de 3,2 mm et qu'il leur a fallu respectivement 15 et 19 jours pour réaliser la même expérience mais avec un échantillonnage non uniforme.
Un autre client est venu nous voir avec un problème pharmaceutique. Ils voulaient savoir quel était le sort d'un composé chimique, le lansoprazole, qui a été inséré dans une matrice – un cadre métal-organique utilisé pour l'administration de médicaments. Du 15N notre client a pu déterminer que le médicament est déprotéiné une fois qu'il est chargé dans la matrice
Le même client a fait une comparaison entre les performances de notre sonde et de leur sonde à température ambiante. Ils ont constaté qu'ils étaient de qualité similaire, mais avec le CryoProbe a été enregistré en seulement 44 minutes. Alors que les spectres qui ont été enregistrés avec la sonde à température ambiante ont nécessité trois jours et demi d'acquisition.
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Quels résultats avez-vous obtenus avec la nouvelle sonde BroadBand?
Dans une expérience, nous avons atteint un spectre MQMAS bidimensionnel d'oxygène-17 sur un échantillon de glucose marqué avec un dopant qui est fait pour améliorer le temps de relaxation de l'oxygène, qui dans ce type de composé sera normalement très long. Nous avons réussi à enregistrer les spectres en seulement 2,2 jours en utilisant 80 kHz de découplage de protons. Il convient de mentionner que l'auteur derrière cette étude nous dit qu'il aurait fallu 11 jours d'acquisition pour enregistrer les spectres similaires sur une sonde à température ambiante.
À une autre occasion, nous avons réalisé deux expériences: une avec du titane et une avec du soufre. L'expérience sur le titane était une expérience MQMAS bidimensionnelle, réalisée sur un échantillon de minéraux anatase.
Il nous a fallu 14 heures pour enregistrer le spectre sur un échantillon d'abondance naturelle. Il convient de noter que ce type d'expérience ne donnait aucun signal après un temps raisonnable sur une sonde de température ambiante.
La même chose était vraie pour le deuxième composé – une expérience de soufre sur des échantillons de caoutchouc vulcanisé, partiellement étiquetés avec environ 5-8% 33Enrichissement S. Nous pouvions enfin voir un signal après seulement 13 heures. Il convient de mentionner que le soufre est connu pour être extrêmement difficile en spectrographie car il a une faible sensibilité, une faible abondance naturelle et des lignes normalement très larges sur une très large gamme de déplacements chimiques.
À propos d'Alia Hassan
Le Dr Alia Hassan a étudié la physique à l'Université américaine de Beyrouth avant d'obtenir son doctorat. de NHMFL / FSU à Tallahassee aux États-Unis. Elle est actuellement responsable du développement de la nouvelle famille de produits MAS CryoProbe.
À propos de Barbara Perrone
La Dre Barbara Perrone a reçu son doctorat en chimie physique (RMN à l'état solide) de l'Université de Strasbourg.
Par la suite, elle a complété un Post-Doc en solution et RMN à l'état solide au Département de chimie de l'Université de Padoue. Elle a rejoint Bruker en 2004 en tant que scientifique d'application, où elle est maintenant chef de produit des sondes cryogéniques CPMAS et des sondes HRMAS.
