Projets novateurs réalisés

Développement durable par la production et l’utilisation efficaces de biocarburants et de bioraffineries intégrées

Le projet se concentre sur le développement d’une approche globale pour intégrer la bioraffinerie avec plusieurs matières premières. La proposition vise l’utilisation de tous les types de matières premières renouvelables sauf les aliments. Le projet examine la possibilité de transformer une raffinerie de pétrole existante et un complexe pétro-chimique en une bioraffinerie intégrée afin de mettre l’accent sur l’utilisation des infrastructures existantes pour les biocarburants; bioproduits et production directe de bioénergie. La bioraffinerie intégrée est l’intégration de plusieurs procédés combinés entre eux de manière optimale de synthèse des procédés afin de produire des biocarburants commercialisables; bioproduits et bioénergie directe intégrant la plateforme sucrière via des voies biochimiques et la plateforme de syngas par des voies thermo-chimiques et catalytiques. Cela contribuera positivement au développement durable et à l’environnement propre, notamment en ce qui concerne les gaz à effet de serre atteignant des émissions nettes zéro de_CO2 et même des émissions négatives de_CO2 dans certains cas. Cela réduira les coûts d’exploitation et profitera à l’industrie et aux municipalités en Ontario et au Canada.

Modélisation computationnelle des nanoparticules magnétiques pour la détection par ultrasons et l’hyperthermie ciblée des ganglions lymphatiques sentinelles

Les tumeurs du cancer du sein se propagent au reste du corps par les ganglions sentinelles (le premier ganglion lymphatique à recevoir un drainage lymphatique d’une tumeur). Les métastases du cancer du sein peuvent être contrôlées par la détection et l’ablation de ces ganglions.  L’ablation chirurgicale des ganglions lymphatiques auxiliaires et la réalisation de tests de biopsie sont la seule façon fiable de détecter et de retirer les ganglions.  Cette procédure peut entraîner une morbidité importante. Ce projet vise à développer une procédure mini-invasive pour la détection et la destruction combinées des ganglions lymphatiques sentinelles à l’aide de nanoparticules magnétiques (magnétite).  Il a été démontré qu’en injectant une préparation de magnétite injectée près d’une tumeur du sein, les nanoparticules s’accumulent dans les ganglions sentinelles.  Il est proposé que les nanoparticules magnétiques puissent être localisées jusqu’aux ganglions sentinelles grâce à des techniques d’imagerie par ultrasons.  Ensuite, des champs magnétiques alternés (400-600 kHz, ~0,01 Tesla) chaufferont les particules et les nœuds à ~ 43 °C, ce qui induit la mort des cellules tumorales. Cette thérapie thermique est connue sous le nom d’hyperthermie.  Des modèles computationnels seront développés pour prédire l’efficacité de cette méthode et fournir des informations sur la base physique de ce traitement.  Les modèles mathématiques serviront de guide pour la construction de prototypes de dispositifs, du laboratoire aux étapes précliniques et cliniques. Ce projet développera des technologies pour la détection et la destruction des ganglions lymphatiques sentinelles à l’aide de nanoparticules de magnétite. 

Développement d’un mécanisme d’autofocalisation MEMS pour les caméras de téléphones cellulaires

Les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) désignent des systèmes mécaniques et électriques intégrés à l’échelle du micron, qui sont maintenant en croissance en raison d’une tendance à la miniaturisation. Une méthode avancée d’actionnement proposée pour les MEMS à l’Université de Toronto et à l’Université Ryerson sera appliquée pour un mécanisme d’autofocus dans les caméras de téléphones cellulaires. Cette recherche s’appuiera sur le travail mené par une équipe de six membres dans les deux universités. L’autofocus MEMS proposé offre non seulement une plus grande profondeur de focus, mais est aussi plus rapide que les technologies actuelles et plus facile à mettre en œuvre. La plus grande profondeur de mise au point est obtenue en utilisant une force électrostatique répulsive entre les deux électrodes MEMS ayant le même potentiel, et une meilleure vitesse est obtenue en utilisant un système en boucle fermée. Un nouveau prototype d’autofocus de caméra sera conçu et caractérisé lors de ce projet PDF. Les résultats de cette recherche peuvent révolutionner les caméras de téléphones cellulaires en termes de vitesse d’enregistrement et de qualité d’imagerie.

Commercialisation d’un dispositif d’étireur/incubateur cellulaire

De nos jours, la plupart des études en biomécanique cellulaire basées sur l’étirement cellulaire se concentrent sur une faible magnitude d’étirement, sans la capacité de visualiser le comportement et la morphologie cellulaires pendant l’étirement. Nous avons donc décidé de construire un étireur/incubateur cellulaire offrant les conditions physiologiques de la culture cellulaire (37°C, 5% CO2) tout en permettant l’application d’une large gamme de magnitudes d’étirement. L’appareil se compose d’un étireur/incubateur cellulaire conçu spécifiquement pour être monté sur une scène de microscope, ce qui permet une visualisation in situ à long terme (plusieurs heures) de la morphologie cellulaire. La commercialisation de notre dispositif de brancard permettra aux chercheurs d’étudier et de caractériser la biomécanique et la physiopathologie de plusieurs maladies, tout en permettant aux entreprises spécialisées en instrumentation biomécanique d’étendre leurs services à l’échelle cellulaire, sachant que la plupart de ces entreprises de biomécanique offrent déjà des services de collecte de données à l’échelle des organes ou des tissus.

Méthodes pour la récupération des services réseau dans des scénarios de défaillance à grande échelle

L’objectif de cette recherche est de développer des méthodes de protection et de restauration des infrastructures et services critiques face à des défaillances à grande échelle résultant de catastrophes naturelles ou d’origine humaine, de multiples défaillances d’équipement ou d’attaques de sécurité.  L’impact de tels échecs sur l’économie ontarienne de plus en plus connectée peut être énorme, et les solutions proposées jusqu’à présent ont été coûteuses et inefficaces. Par conséquent, explorer des solutions plus efficaces pourrait apporter de nombreux avantages aux fournisseurs de services essentiels. Cette proposition comprend plusieurs étapes pour résoudre le problème, en commençant par une analyse complète de divers scénarios pouvant entraîner une défaillance critique de service à grande échelle, une analyse de la performance de divers mécanismes de détection et de restauration dans différentes couches du réseau, l’étude des avantages potentiels du codage réseau comme solution émergente pour la protection du réseau, et la proposition d’une solution intégrée pour maintenir la continuité des services à toutes les couches du réseau. Les résultats de cette recherche pourraient aider à protéger les infrastructures de l’Ontario contre les menaces potentielles.

D-Cubed : Détection de la somnolence du conducteur

La National Highway Traffic Safety Administration des États-Unis a indiqué que conduire en somnolence est la cause de 22 à 24% des accidents de voiture, et entraîne un risque de collision de quatre à six fois plus élevé que de conduire en état alerte. Par conséquent, l’utilisation de systèmes d’assistance qui surveillent le niveau de vigilance du conducteur et l’alertent en cas de somnolence peut être importante dans la prévention des accidents.  Dans ce projet, j’étudierai, concevrai et mettrai en œuvre un système pour détecter la somnolence en reconnaissant le bâillement provenant de la géométrie de la bouche et des mouvements faciaux, basé sur CogniVue APEX™, une plateforme embarquée programmable offrant des solutions multi-caméras installées dans les voitures.

Revêtements et formulations écologiques pour l’industrie du bois

Ecoatra applique les nouvelles avancées en nanotechnologie pour résoudre le problème de longue date de l’utilisation de substances dangereuses dans l’industrie du bois — l’une de nos plus anciennes et plus grandes industries. La formulation d’Ecoatra utilise la nanotechnologie pour permettre une pénétration plus profonde et uniforme dans le bois, une application polyvalente, une performance et une puissance accrues à moins de quantités de matériaux, ce qui se traduit par une réduction des coûts, des propriétés multifonctionnelles incluant la réfugence à l’eau, des propriétés antimicrobiennes et une protection contre la lumière UV

Contrairement aux formulations actuelles de traitement dangereux et toxique, la technologie d’Ecoatra est non toxique, verte, ne contient pas de carbones organiques volatils, ne contient pas de métaux lourds et ne contient aucun biocide synthétique

Au cours de la bourse, Ecoatra effectuera des tests en laboratoire et sur le terrain afin d’évaluer la performance de leurs formulations

Cellules solaires à base de points quantiques à hétérojonction colloïdale

L’énergie solaire est l’une des sources d’énergie renouvelable les plus prometteuses et son abondance terrestre est plusieurs ordres de grandeur supérieure à la consommation mondiale. Les cellules solaires conventionnelles, cependant, ne recueillent qu’une partie de l’énergie solaire – principalement la lumière visible du soleil. Notre technologie est capable de collecter tout le spectre d’énergie solaire en utilisant des nanocristaux semi-conducteurs (NC) comme matériau photovoltaïque.

L’utilisation des CN a démontré un potentiel pour exploiter l’énergie solaire à haute efficacité et à faible coût, constituant une alternative attrayante aux cellules solaires à base de silicium. Les NC présentent un confinement spatial des porteuses électroniques. Cette propriété quantique optique permet d’accorder les propriétés d’absorption des NC, permettant la collecte de l’ensemble du spectre solaire, contrairement aux cellules solaires en silicium qui n’absorbent qu’une partie du spectre solaire.

L’objectif global du projet est de développer une architecture d’hétérojonction bulk bulk (BHJ) basée sur des points quantiques infiltrés à base de points quantiques, dans laquelle la couche active des points quantiques (par exemple, PbS) est suffisamment épaisse pour absorber tous les photons disponibles et maximiser l’efficacité de l’absorption des photons infrarouges, et de mettre en œuvre une architecture optimale de l’électrode afin que nous puissions augmenter la longueur d’interaction des photons avec les NC (recyclage des photons) sans augmenter le Largeur d’épuisement de l’appareil.

Dispositifs intégrés de mise en forme d’impulsions

Les dispositifs de mise en forme d’impulsions sont les éléments clés du traitement optique du signal capables de remodeler la forme d’onde temporelle des impulsions optiques.  Les applications des dispositifs de modelage d’impulsions incluent la télécommunication optique ultra-haute vitesse, le calcul tout-optique ultrarapide et le traitement de l’information, l’imagerie biomédicale, ainsi que la caractérisation et la surveillance électroniques et photoniques des signaux/dispositifs. Pour ces applications, des façonneurs d’onde optiques ultrarapides capables de synthétiser des caractéristiques temporelles jusqu’au régime sub-picoseconde sont nécessaires. Ce sont les analogues optiques des générateurs de fonctions électroniques, qui fournissent des formes d’onde arbitraires spécifiées par l’utilisateur, mais sur des échelles de temps beaucoup plus longues que celles nécessaires à des fins optiques.

Les techniques de modelage optique de formes d’onde temporelles ont été largement développées dans l’espace libre (avec l’utilisation de composants optiques discrets), ainsi que dans les fibres (au moyen de Bragg à fibre et de réseaux à longue période).  L’intégration des techniques existantes de mise en forme d’impulsions sur une puce optique est importante pour développer des circuits optiques intégrés capables d’accomplir un spectre complet de tâches pour le traitement du signal entièrement optique.  La recherche proposée portera sur le développement des dispositifs de modelage d’impulsions sur deux plateformes de matériaux : les guides d’ondes en verre écrits par laser femtoseconde et le semi-conducteur arséniure d’aluminium-gallium (AlGaAs). La première plateforme matérielle a l’avantage d’être compatible avec la fibre, tandis que l’AlGaAs est un matériau très prometteur pour l’optique intégrée, car il peut être rendu actif et utilisé pour l’intégration monolithique des sources laser et des détecteurs sur la même puce avec d’autres dispositifs optiques intégrés. Ainsi, il est important de développer des façonneurs d’impulsions intégrés pour les deux plateformes de matériaux.

Utilisation des dossiers médicaux électroniques pour prédire la santé des patients clés et les résultats organisationnels

L’un des avantages proposés de l’adoption des dossiers médicaux électroniques est le développement d’une base de données complète pouvant être utilisée pour la recherche épidémiologique, clinique et sur les services de santé. L’objectif principal de ce projet est de développer des stratégies et de fournir des exemples de cas montrant comment les données de ces vastes bases de données électroniques peuvent être utilisées pour améliorer les résultats des services de santé. L’Oacis de TELUS Health Solutions (c’est-à-dire le système d’information clinique à architecture ouverte) est utilisé dans une grande organisation de soins de santé depuis environ 15 ans. Une version entièrement anonymisée de la base de données sera utilisée pour développer et tester des modèles prédictifs pour les principaux résultats des services de santé. Nous présenterons trois exemples de cas qui démontreront comment les données dérivées des dossiers médicaux électroniques peuvent être utilisées pour identifier les lacunes dans la qualité des soins et identifier les mécanismes potentiels pour combler ces lacunes.

Évaluation des mesures correctives dans la région de Toronto et de la région concernée

La zone de préoccupation de Toronto et de la région (TRAOC) a été l’un des sites les plus pollués des Grands Lacs, représentant des risques pour la santé de millions de personnes. Le Plan d’action corrective (RAP) a réalisé des progrès significatifs pour rétablir le système et atteindre les objectifs de radiation de la liste. Cependant, plusieurs questions cruciales doivent encore être abordées, telles que : À quel point l’écosystème torontois est-il actuellement proche de répondre aux critères de retrait du TRAOC RAP? Quelles recherches et évaluations supplémentaires seront nécessaires pour orienter les actions correctives? Quels attributs reflètent le mieux l’intégrité et la santé de l’écosystème? Pour répondre à ces questions, mon plan est d’appliquer un nouveau cadre de modélisation qui combine l’écopathe avec le logiciel Ecosim (EwE) avec l’analyse bayésienne. Les résultats de cette recherche seront particulièrement utiles aux parties prenantes locales et aux organismes de réglementation lorsqu’ils prendront des décisions concernant les progrès du TRAOC vers l’atteinte d’un état durable et souhaitable.

Nouveaux outils pour étudier la pénétration des enzymes et la dynamique d’activité dans les parois cellulaires du bois

Les principaux défis dans la bioconversion de la lignocellulose proviennent de notre compréhension limitée de la chimie hétérogène du substrat et de l’accessibilité limitée des enzymes dans les parois cellulaires denses du bois. Il est clair que notre appréciation limitée de la pénétration enzymatique dans les parois cellulaires et de la dynamique de la catalyse est en partie due aux contraintes des techniques utilisées auparavant. Contrairement à ces autres études, qui ont abordé ces questions en examinant des substrats modèles, je propose d’examiner et de développer de nouveaux outils pour les substrats complexes de bois massif. Je prévois d’utiliser la spectrométrie de masse ionique secondaire à temps de vol (TOF-SIMS), la microbalance cristalline de quartz avec surveillance de dissipation (QCM‐D), et la microscopie à épifluorescence en conjonction avec des fluorophores Alexa™. Cette suite de techniques est particulièrement utile pour surveiller simultanément la pénétratibilité et les changements chimiques du substrat (TOF‐SIMS), différencier la modification chimique et la dégradation du bois (QCM‐D), et distinguer la pénétration de différentes enzymes (fluorophores Alexa™ avec microscopie à épifluorescence).