Ingénierie de nanoparticules plasmoniques robustes pour la génération de bulles par laser en vue d'applications biomédicales

Les chirurgiens génèrent des bulles dans le corps humain à l'aide d'irradiation laser depuis plusieurs décennies. Ils utilisent ces bulles comme de petits scalpels, leur permettant de faire des incisions précises et localisées. Une des applications de cet outil chirurgical est la perforation cellulaire. Au lieu d'utiliser une aiguille pour perforer la membrane des cellules, il est possible de focaliser des impulsions laser en surface d'une cellule, formant un plasma au point focal du laser et générant une bulle qui perfore la membrane cellulaire. Toutefois, ce procédé est assez lent et la perforation massive de cellules in-vivo n'est pas envisageable. Pour accélérer le processus, il est possible d'utiliser des nanoparticules plasmoniques. Ces dernières agissent comme des nano-antennes qui permettent de concentrer la lumière sur une échelle nanométrique. La possibilité d'irradier un grand nombre de nanoparticules simultanément a donné un nouvel élan à la génération de bulle comme outil de perforation cellulaire. L'utilisation de nanoparticules dans un contexte biomédical comporte toutefois certains risques. En particulier, la fragmentation de nanoparticules peut augmenter la toxicité du traitement. Dans un cas idéal, il est préférable d'utiliser des nanoparticules qui ne sont pas endommagées par l'irradiation laser. Cette thèse a pour but de développer une méthode d'ingénierie de nanoparticules robustes permettant la génération efficace de bulles à des fins biomédicales. Il est tout d'abord démontré expérimentalement que la formation de plasma est bel et bien le mécanisme physique principal menant à la génération de bulles lors de l'irradiation infrarouge (longueur d'onde de 800 nm) et ultrarapide (temps d'impulsion entre 45 fs et 1 ps) de nanoparticules d'or de 100 nm. Pour réaliser cette démonstration, une méthode pompe-sonde de détection de bulles d'environ 1 μm a été élaborée. Cette méthode a permis de mettre en évidence une différence de taille de 18 % entre les bulles générées avec une irradiation de polarisation linéaire par rapport à une polarisation circulaire lorsque la durée d'impulsion était inférieure à la picoseconde. Pour des impulsions plus longues, il est montré que les tailles de bulles sont indépendantes de la polarisation des impulsions incidentes. Ce comportement particulier est en accord avec les prédictions théoriques qui incluent la formation non-linéaire de plasma et ne peut pas être expliqué en considérant uniquement l'absorption des particules. Ensuite, une méthode de conception de nanoparticules robustes pour la génération de bulles est élaborée. Cette méthode se base sur les propriétés optiques des nanostructures.