Biologie, Santé, Imagerie Ionique
L’utilisation de (Nanoparticle Probe in Biology, NPB) faisceau de nanoparticules comme sonde en biologie est issue des recherches sur l’interaction particules-matière-émission secondaire menées à l’IPNO depuis des décennies. L’offre d’analyse s’est ensuite ouverte aux surfaces bio-organiques avec l’émergence des faisceaux d’agrégats métalliques et des molécules.
Depuis 2009, les recherches NPB concernent :
a. La réalisation d’Andromède (Equipex ANR-10-EQPX-23) délivrant des faisceaux de nanoparticules dans le domaine du keV au MeV. La plateforme est opérationnelle depuis 2017.
b. Le développement de la spectrométrie de masse par temps de vol (Spectromètre EVE) pour l’analyse directe de surfaces biologiques (sans préparation) permettant de caractériser la composition chimique de quelques dizaines de milliers nm3 par un seul impact.
c. L’identification de biomolécules avec une localisation spatiale sub-micrométrique obtenue par microscopie à émission d’électrons et de protons. (EVE MSI, Mass Spectrometry Imaging).
Le NPB met désormais l'accent sur trois projets principaux d'améliorations d’EVE MSI :
d. Spectromètre de masse associé à un microscope à émission pour l’analyse en masse dans une gamme de l’hydrogène à quelques milliers de Daltons.
e. Spectromètre de masse à haute résolution avec une cellule de collision pour la détermination de la structure moléculaire (Drift Mass Spectrometer).
f. Analyse de surface à la pression atmosphérique qui permettra d’analyser les tissus biologiques en milieu proche de conditions ambiantes.
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Astro-chimie,
Cosmo-matériaux,
imagerie ionique
a. Analyse par spectrométrie de masse
La disponibilité de faisceaux d’agrégats et de nanoparticules de hautes énergies permet de déterminer simultanément la composition élémentaire et moléculaire d’une surface complexe comme celle de météorites.
L’efficacité de ces faisceaux est 100 fois supérieure aux ions utilisés en ToF-SIMS dans le domaine du keV. De fait, la masse moléculaire est accessible pour de faibles quantités de matières dans des micro-domaines.
L’identification des phases minérales et organiques est obtenue par image ionique au moyen d’un microscope à émission d’électrons et protons.
Ces mesures peu destructives laissent la possibilité de mesures complémentaires comme le Micro-Raman, mesure d’IR, microscopie électronique µIBA. Dans ce cas, l’information spatiale des composants chimiques identifiés est préservée, c’est un des rares instruments permettant d’effectuer ces mesures en conservant l’intégrité de l’échantillon.
b. Simulation des processus de production de matières organiques dans l’espace
Ces analyses de cosmo matériaux par spectrométrie de masse et imagerie ionique peuvent être complétées par la simulation pour obtenir des analogues en laboratoire. En effet, Andromède et les deux colonnes ioniques : NAPIS et TANCREDE, permettent de simuler les conditions d’irradiation ionique dans l’espace, du vent solaire aux particules cosmiques et nanoparticules. Les modifications de différents matériaux de la fragmentation moléculaire et la synthèse en relation avec la matrice minérale peuvent être déterminées. De plus, la plateforme dispose de plusieurs postes d’irradiation dont un cryogénique pour des études particulières.
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Astro-chimie,
Cosmo-matériaux,
imagerie ionique
Implantation dans
les matériaux
Andromède met à la disposition de la communauté scientifique des faisceaux moléculaires du méthane aux fullerènes et d’agrégats métalliques pour l'étude du comportement des matériaux sous irradiation. Les domaines scientifiques étudiés sont la modification de matériaux sous irradiation ou par implantation, le vieillissement de matériaux, l’étude de la physique du solide, microélectronique, cosmo-matériaux et les sciences de la terre.
Les faisceaux délivrés dans le domaine du MeV permettent d’atteindre des pouvoirs d’arrêt électronique similaires aux ions d’uranium de plusieurs centaines de MeV avec une densité d’énergie 10 à 100 fois supérieure. Cette caractéristique permet de modifier efficacement tous les matériaux dans les premières centaines de nm d’épaisseur.
Au moyen du dispositif NAPIS, les implantations de nanoparticules dans tous types de matériaux sont envisageables (voir R&D source).
Au moyen d’Andromède, les faisceaux atomiques du proton au xénon multichargé avec des intensités de plusieurs centaines de nA à plusieurs dizaines de µA sont délivrés du keV au MeV. Sa spécificité au niveau national et international réside aussi par la délivrance de faisceaux d’ions du proton aux nanoparticules d’or du keV au MeV. Les caractérisations sont de type spectrométrie de masse et RBS, et différents postes d’implantation sont disponibles dont un cryogénique.
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R&D Sources d’ions
La plateforme Andromède dispose de deux ensembles de développement de sources d’ions :
a. Une colonne ionique filtrée NAPIS dédiée à la R&D autour des sources de types LMIS, LICIS et électro-spray sous vide pour la production de faisceaux d’agrégats ou faisceaux moléculaires avec une grande brillance.
b. Une ligne de faisceau TANCREDE pour les développements de faisceaux d’ions avec les sources de type ECR.
Ces deux systèmes sont disponibles pour tous nouveaux développements avec notre concours et l’apport de notre compétence sur ces types de sources.
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R&D Sources d’ions
