Plasmas froids atmosphériques interagissant avec du matériel biologique

Cold Atmospheric Plasmas interacting with biological materials

• Auteur / Autrice : Yuhui Wang
• Direction : Antoine Rousseau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Plasmas

Mots clés

Mots clés libres

Plasma froids à la pression atmospherique

Interaction plasma-froid matériel biologique

Bioingénierie

Cold plasma at atmospheric pressure

Plasma-cold interaction biological material

Bioengineering

Résumé

Plasmas atmosphériques froids interagissant avec des matériaux biologiques Les plasmas atmosphériques froids (PAC) sont des gaz faiblement ionisés entretenus par des décharges électromagnétiques ; la température des gaz est proche de la température ambiante, ce qui les rend appropriés pour le traitement direct des organismes vivants. Les CAP interagissant avec des matériaux biologiques constituent un domaine de recherche de premier plan tant sur les aspects fondamentaux que sur leurs applications à la médecine, ou à la purification de l'eau ou de l'air. Ils peuvent être générés dans l'air ambiant, ou au contact de surfaces solides ou liquides ou de tissus vivants. La plupart des CAP sont des ondes d'ionisation se propageant à grande vitesse et portant un champ électrique élevé et leur longueur est de l'ordre de quelques millimètres. Les Jets de Plasma Atmosphériques (APPJ) sont des CAPs spécifiques se propageant dans des capillaires diélectriques parcourus par des gaz nobles ; leur longueur peut atteindre plusieurs mètres. Les objectifs de cette thèse sont l'étude des fondamentaux de la propagation et du transfert de CAP vers l'interface liquide et les tissus ou organismes vivants. Cette thèse sera principalement expérimentale et comprendra également une approche théorique et/ou numérique. Plusieurs aspects seront étudiés 1. Comprendre les mécanismes sous-jacents à l'initiation et à la propagation des CAP et APPJ interagissant avec des cibles biologiques versus non biologiques. 2. Etudier les voies conduisant à la formation d'Espèces Réactives à l'Oxygène et à l'Azote lors de l'interaction PAC/cible. 3. Modélisation et diagnostic des transferts de chaleur et de masse des espèces réactives à travers l'interface liquide et les tissus vivants. 4. Explorer les effets biologiques des plasmas en contact avec des tissus vivants ou des matériaux biologiques ainsi que la décontamination de l'air et de la surface des virus et des bactéries.

Cold Atmospheric Plasmas (CAP) are weakly ionized gases sustained by electromagnetic discharges; the gas temperature is close to ambient temperature, which makes them appropriate for direct treatment of living organisms. CAP interacting with biological materials is a prominent field of research regarding both fundamentals aspects as well as their applications to medicine, or to water or air purification. They may be generated in ambient air, or in contact with solid or liquid surfaces or living tissues. Most of CAP are ionization waves propagating at high speed and carrying a high electric field and their length is around few millimeters. Atmospheric Plasma Jets (APPJ) are specific CAPs propagating in dielectric capillaries flown by noble gas; their length can reach several meters. The objectives of this thesis is the study fundamentals of CAP propagation and transfer to liquid interface and living tissues or organisms. This thesis will be mostly experimental and also include theoretical and /or numerical approach. Several aspects will be studied 1. Understanding mechanisms underlying the initiation and propagation of the CAPs and APPJs interacting with biological versus non-biological targets. 2. Studying the paths leading to the formation of Oxygen and Nitrogen Reactive Species during CAP/target interaction. 3. Modelling and diagnostics of heat transfer and mass transfer of reactive species through liquid interface and living tissues. 4. Explore the biological effects of plasmas in contact with living tissues or biological materials as well as air and surface decontamination of viruses and bacteria.