Thèses

Jeudi 9 Octobre 2014 à 10h30.

Processus de relaxation d

''Ma thèse porte sur l’étude de nanoparticules (NPs) dites scintillatrices, c’est-à-dire capables de convertir un rayonnement ionisant (rayons X ou γ par exemple) en lumière visible ou ultra-violette. Même s’il demeure encore quelques zones d’ombres, les processus impliqués dans la scintillation sont aujourd’hui assez bien connus dans le cas des cristaux c’est-à-dire dans le cas d’objets de dimensions macroscopiques. Dans le cas des nanoparticules, ces processus peuvent être perturbés par le confinement spatial ainsi que les spécificités de structure qui leur sont propres. La compréhension de ces modifications est en soit un challenge scientifique mais le développement de nanoscintillateurs rend surtout possibles de nombreuses applications notamment en thérapie. Ma thèse se compose de trois grandes parties. La première consiste à estimer à l’aide de simulations numériques de type Monte Carlo réalisées avec Geant4, la fraction d’énergie qui se dépose réellement dans une NP après interaction avec un photon haute énergie (X ou γ). Lors de l’interaction du photon incident avec la matière, une paire électron/trou primaire est créée et relaxe en générant une multitude de paires électron/trou secondaires de plus basse énergie. Il a été montré que dans un cristal, les distances de migration qui sont mises en jeu peuvent dépasser les dimensions des NPs. La question est donc de savoir quelle fraction d’énergie est effectivement déposée dans une NP après interaction avec un photon haute énergie. L’influence de différents paramètres tels que la taille des NPs présentes dans le milieu, leur concentration, le matériau dont elles sont constituées et l’énergie du photon incident a été étudiée. La deuxième partie de ma thèse est un travail expérimental exploratoire visant à comparer les mécanismes impliqués dans les NPs et dans un monocristal au cours des phases de thermalisation des paires électron/trou secondaires et de recombinaison radiative. Pour cela, j’ai comparé des mesures de spectroscopie en temps résolu et de cinétiques de relaxation enregistrées sur plusieurs échantillons de NPs et sur un monocristal dans le cas d’un matériau modèle : le CeF3. Ces mesures ont été réalisées sous excitation VUV (Ultra-Violet du Vide). La dernière partie de ma thèse présente une application des NPs scintillatrices, comme agents thérapeutiques utilisés pour coupler l’effet de la radiothérapie à celui de la thérapie photodynamique (PDT). La PDT repose sur l’activation de photosensibilisateurs (PS) qui deviennent cytotoxiques sous excitation lumineuse. A cause de la faible pénétration de la lumière visible dans les tissus humains l’utilisation de la PDT est limitée à des tumeurs superficielles. Le but ici est d’étendre son utilisation à des tumeurs profondes. Les PS sont greffés en surface des NPs et l’ensemble est ciblé dans la tumeur à traiter. Au cours de la radiothérapie les NPs absorbent les rayons X et jouent le rôle de source locale d’excitation lumineuse pour les PS. La grande pénétration des rayons X dans le corps humain permet d’atteindre sans difficulté des tumeurs profondes. Mon travail consistait à mettre en évidence et à caractériser le transfert d’énergie des NPs vers le PS, puis à prouver l’activation de l’effet PDT sous irradiation par rayons X par transfert d’énergie NPs/PS.''