Building and Characterization of Biomedical-Grade Cold Atmospheric Plasma Jet for Cancer Treatment

Le présent mémoire aborde le processus de création et de caractérisation d’une source de plasma pouvant traiter des cellules cancéreuses. L’objectif de cette recherche est d’établir une méthode permettant de lier de manière fiable le processus de traitement plasma et son interaction avec un environnement cellulaire. En supposant qu’une majorité de l’effet biologique du plasma relève des espèces chimiques et de son champ électrique, un jet de plasma à pression atmosphérique a donc été conçu puis caractérisé au niveau thermique, électrique et chimique. Afin de s’assurer d’une utilisation sécuritaire de la source avec un individu, les normes de courant de fuite sur un patient émis par la Comission International Électrotechnique ont été suivies. Avec un courant de fuite limité à moins de 150 µA notamment conditionné par des choix de conceptions tel que la mise en place d’une électrode de mise à terre en forme hélicoïdale, un flux de 2.5 litres par minute et un pourcentage d’opération fixé à 40 %, il est possible d’interagir avec un tissu sans créer des dommages. Similairement, une température biocompatible de 35 ◦C fut caractérisée par comparaison entre trois méthodes différentes: la mesure par thermocouple, la mesure par imagerie Schlieren et par une technique utilisant une fibre ayant un réseau de Bragg exposé directement au jet de plasma. Cette dernière exploite notamment l’effet thermo-optique afin de convertir le décalage de lumière réfléchie dans le réseau en valeurs thermiques. Ces mesures permettent d’obtenir une méthode fiable d’analyse temporelle et spatiale de l’évolution de la température du gaz de sortie du plasma. De manière à comprendre plus en profondeur les principes fondamentaux du processus chim-ique et électrique au sein du plasma, une technique de mesure de champ électrique appelée Seconde Harmonique Induite par Champ Électrique (E-FISH) fut employée. Cette technique utilise deux faisceaux lasers se croisant et amplifiés par interférométrie par un troisième fais-ceau communément appelé oscillateur local. Cette technique permet entre autres d’obtenir une précision spatiale et directionnelle de la polarisation du champ électrique encore inégalée, ce qui ouvre la voie vers de nouvelles études de l’effet de la polarisation du champ électrique sur les propriétés physico-chimiques du plasma. Afin de lier l’ensemble de ces expériences avec des effets biologiques, l’aspect chimique de l’interaction entre le plasma et des modèles d’hydrogel servant d’expérience in vitro a été effectué. Plus précisément, le pH, étudié par la décroissance d’un fluorophore, soit la fluorescéine, fut examiné spatialement. Cette étude permet de cibler les zones où les espèces réactives sensibles au pH peuvent proliférer tout en observant son effet au niveau cellulaire. Pour des espèces chimiques de longues vies telles que le nitrite et le nitrate, des méthodes de colorimétrie utilisant un réactif chimique, appelé réactif de Griess, fut utilisé.