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Production d'atomes réactifs par un plasma froid pour la biomédecine

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Les plasmas froids à la pression atmosphérique sont en passe de devenir des outils précieux pour de nouvelles applications susceptibles de révolutionner la science, la technologie et la santé. Afin de contrôler finement la présence des espèces atomiques hautement réactives au sein du plasma, des mesures directes quantitatives et absolues de la densité d’atomes réactifs ont été réalisées sur la ligne DESIRS par des chercheurs de l'université de York en collaboration avec des équipes de l'École Polytechnique et de SOLEIL.

Ces plasmas hors équilibre constituent des sources efficaces de particules neutres hautement réactives (telles que l'oxygène atomique, l'azote atomique, le radical hydroxyle, l'ion superoxyde, l'oxygène singulet et les oxydes d'azote), de particules chargées, de rayonnement UV et de champs électromagnétiques (voir l'illustration de la figure 1). De tels composants ont déjà été utilisés individuellement dans des agents thérapeutiques, mais les plasmas ont l'avantage par rapport aux technologies actuelles de produire ces espèces simultanément, et aussi d'exploiter des synergies et des mécanismes plus efficaces.

Récemment, des plasmas froids hors équilibre ont pu fonctionner de façon stable à pression atmosphérique et température ambiante, ce qui ouvre de nouvelles perspectives en médecine et en pharmacologie (notamment pour les traitements du cancer, la cicatrisation des plaies, les antimicrobiens, la médecine régénérative, le nettoyage des instruments chirurgicaux et les médicaments alternatifs). Les résultats actuellement disponibles suggèrent que les espèces atomiques hautement réactives sont des médiateurs clés pour déclencher des processus biochimiques complexes. Par conséquent, la capacité à contrôler finement la présence de ces espèces au sein du plasma est un objectif prioritaire. Pour y parvenir, il est essentiel de pouvoir effectuer des mesures directes quantitatives et absolues de la densité d’atomes réactifs.

Figure 1 : Illustration de la production d'espèces réactives et des mécanismes de transport de l'énergie dans les plasmas froids hors équilibre à la pression atmosphérique.

Expériences sur la branche FTS de DESIRS

Les mesures quantitatives sur des atomes d'oxygène et d'azote à l'état atomique sont extrêmement délicates en raison de leur réactivité élevée, notamment dans les environnements fortement collisionnels à pression atmosphérique. En utilisant le spectromètre à transformée de Fourier à haute résolution de la ligne de lumière VUV DESIRS, des chercheurs de l'université de York (Royaume-Uni), en collaboration avec des équipes de l'École Polytechnique et de SOLEIL, sont parvenus à effectuer les toutes premières mesures directes en absorption de la densité absolue de l'oxygène et de l'azote atomiques dans des plasmas froids à pression atmosphérique avec des mélanges gazeux complexes semblables à l'air (voir la figure 2).

Figure 2 : Mesure des densités absolues de l'oxygène et de l'azote atomiques dans un plasma froid à la pression atmosphérique soumis à un champ radio-fréquence, sous hélium avec différentes proportions d'un mélange gazeux semblable à l'air.

Prochaines étapes

Les applications thérapeutiques potentielles à venir dépendront de la capacité à contrôler finement les propriétés du plasma ainsi que de la compréhension des mécanismes d'interaction biologique. Le contrôle des propriétés du plasma et des compositions chimiques associées, par exemple en faisant varier la puissance d'entrée du plasma et les compositions du gaz d'alimentation, nécessitera des études expérimentales plus détaillées et des comparaisons avec des prédictions théoriques.

Les premières mesures présentées ci-dessus et discutées dans l'article associé ont déjà posé des bases solides pour orienter les recherches dans cette direction.