Thèse soutenue

Contribution à l'étude de plasmas froids à pression atmosphérique pour le traitement des substrats biologiques
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Chih-Min Chen
Direction : Emmanuel Odic
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie électrique
Date : Soutenance le 10/05/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
référent : CentraleSupélec (2015-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Stéphane Pasquiers
Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Odic, Zdenko Machala, Nofel Merbahi
Rapporteurs / Rapporteuses : Zdenko Machala, Nofel Merbahi

Résumé

FR  |  
EN

L'objectif de ces travaux était d'étudier l'interaction entre des plasmas froids à pression atmosphérique et des milieux biologiques en vue d'application de ce type de technologie au secteur biomédical.Dans un premier temps, des sources plasma ont été conçues, réalisées et caractérisées. Il s'agissait de réacteurs mettant en œuvre des décharges sur barrière diélectrique dans différents gaz en flux (air synthétique, argon, avec ou sans apport de vapeur d'eau). L'utilisation de l'argon a permis de sélectionner des conditions dans lesquelles le plasma demeurait confiné dans la zone inter-électrodes (humidité relative supérieure à 95% à température ambiante) ou au contraire se propageait soit en atmosphère libre, soit guidé dans un tube isolant dans lequel circulait le gaz (argon sec). Dans ce dernier cas, le phénomène de propagation a été examiné par des mesures électriques résolues dans le temps et les résultats ont été discutés à l'aide des travaux antérieurs disponibles dans la littérature. Le choix de l'air comme gaz plasmagène a également été considéré en raison des contraintes d'application ne permettant pas systématiquement l'utilisation d'un autre gaz.Deux études spécifiques ont été conduites, l'une susceptible de trouver des applications dans le domaine de la « plasma médecine », l'autre dans le domaine de la lutte contre les épidémies virales.Dans ce dernier cas, les travaux ont porté sur l'inactivation de virus bactériens, ou bactériophages, infectant Escherichia coli. Il s'agissait du phage T4, phage à ADN double brin, et du phage MS2, phage à ARN simple brin. Les suspensions de phages ont été diluées dans différentes solutions tampons et déposées sur un substrat de papier hydrosoluble pour être exposées aux différents traitements par plasma froid. L'utilisation originale de ce substrat a permis de résoudre le problème difficile de la récupération des particules de phage après traitement. Ce substrat correspond également à une situation d'application défavorable à ce type de traitement (surface complexe avec diffusion en volume de la suspension, au contraire d'une surface lisse non-adsorbante telle qu'une lamelle de verre), conduisant à obtenir des résultats plus réalistes et transposables à une application réelle. L'inactivation des phages a été quantifiée par comptage de plages de lyse sur culture de E. coli. Ainsi, des taux d'inactivation compris entre 0,66 log/min et 2 log/min ont été mesurés suivant le type de phage, la nature de la solution tampon et le type de traitement. L'influence de la température imposée au substrat a également été examinée.Dans le cadre de l'application en plasma médecine, des cellules d'adénocarcinome humain (cancer du poumon) provenant de cinq patients ont été traitées in-vitro à l'aide du réacteur à barrière diélectrique dans deux conditions de fonctionnement déterminées par la composition du gaz d'alimentation : jet de plasma avec de l'argon sec et source d'espèces oxydantes avec de l'argon saturé en vapeur d'eau à température ambiante. A l'issue d'une exposition de 5 minutes au traitement par décharge d'argon humide, 65% des cellules étaient dans un état apoptotique/nécrotique. Pour le traitement par plasma d'argon sec, les tests globaux de prolifération et d'apoptose n'ont pas montré une grande efficacité. Toutefois, le jet de plasma d'argon sec a présenté un effet rapide et localisé sur les cellules cancéreuses, induisant une inhibition de la capacité des cellules à proliférer et à migrer. Ces deux conditions de fonctionnement sont d'intérêt pour l'application clinique, permettant d'avoir un seul dispositif plasma capable de délivrer un traitement très localisé des cellules (jet plasma) ou de transférer des espèces oxydantes sur une plus grande surface conduisant à des mécanismes d'apoptose (décharge d'argon humide).