Etude des propriétés oxydantes de mélanges gazeux activés par décharge électrique à pression atmosphérique : interaction avec un matériel biologique

Study of the oxidative properties of gas mixtures activated by atmospheric pressure electrical discharges : interaction with biologic materials

• Auteur / Autrice : Bénédicte Dodet
• Direction : Emmanuel Odic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Acides nucléiques

Protéine

Décontamination

Peroxyde d'hydrogène

Micro-organismes

Résumé

Depuis plusieurs années, des procédés plasma froid sont étudiés et développés pour des applications dans le domaine de la santé, par exemple pour la décontamination de surface. Dans ce travail de thèse, des réacteurs de type décharge sur barrière diélectrique à pression atmosphérique ont été utilisés pour étudier les propriétés oxydantes du milieu gazeux en post-décharge. En particulier, les investigations ont porté sur les mécanismes réactionnels menant à la formation de peroxyde d'hydrogène. La production optimum de H2O2 a été obtenue avec un gaz plasmagène constitué d'argon et de vapeur d'eau, impliquant les métastables de l'argon dans les mécanismes de dissociation de la molécule d'eau pour former les radicaux OH. Un rendement énergétique de 4 g(H2O2) / kWh a ainsi été obtenu. L'efficacité de décontamination de ce type d'effluent a été testée avec succès sur différents types de macromolécules d'intérêt biologique (acides nucléiques et protéines). De plus, l'interaction des effluents du plasma avec le matériel biologique a également constitué un outil de diagnostic indirect des espèces produites par la décharge : le traitement de solutions d'ADN et de protéines a mis en évidence le radical HO2 et son rôle dans les mécanismes de dégradation de ces macromolécules. De même, l'inactivation de micro-organismes, les spores bactériennes, par les effluents d'une décharge dans un gaz contenant de l'oxygène moléculaire, a montré qu'une espèce à durée de vie limitée, l'oxygène singulet O2 (1 Đg), conduisait à une réduction significative du nombre de spores. Enfin, l'étude des modifications induites sur le matériel biologique par les espèces issues du plasma a permis d'appréhender.

In recent years, non-thermal plasma processes have been studied and developed for medical applications such as surface decontamination. The work presented here deals with the study of the oxidative properties of atmospheric pressure dielectric barrier discharge effluents. Investigations were mainly focused on hydrogen peroxide formation mechanisms. An optimum production of H2O2 has been obtained using an argon/water vapour mixture as a discharge feed gas; excited argon atoms are implied to be responsible in water vapour dissociation and thereby for OH radical formation. A maximum energy yield value of 4 g(H2O2) / kWh has been reached under these conditions. The decontamination efficiency of such atmospheric discharge effluents was found to be quite high when tested by treating surfaces bearing nucleic acids and proteins. Furthermore, results from the interaction of the discharge effluents with biologic materials could be used as non direct diagnostic tools for the identification of the active species; DNA and protein degradation results raised the HO2 radical as a specie that was significantly involved in their degradation processes. In a similar way, bacteria spore inactivation treatment with discharge feed gas containing oxygen showed that a short lived species, O2 (1 Đg) singlet oxygen, was efficient for this inactivation. Results from the discharge effluent interaction with proteins and DNA were finally used to propose fundamental mechanisms occurring during the inactivation of bacteria spores using the same process: combined action of oxidative species and acidification lead in aqueous phase to spore coat permeation; these oxidative species coming from dissolution of. . .