Projets innovants réalisés

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

Le projet se concentre sur l’élaboration d’une approche holistique pour intégrer la bioraffinerie à de multiples matières premières. La proposition vise l’utilisation de tous les types de matières premières renouvelables, à l’exception des aliments. Le projet examine la possibilité de transformer une raffinerie de pétrole et un complexe pétrochimique existants en une bioraffinerie intégrée afin de mettre l’accent sur l’utilisation de l’infrastructure existante pour les biocarburants ; bioproduits et production directe de bioénergie. La bioraffinerie intégrée est une intégration d’un certain nombre de processus combinés les uns aux autres d’une manière optimale de synthèse de processus pour produire des biocarburants commercialisables ; bioproduits et bio-énergie directe intégrant la plate-forme du sucre en utilisant des voies biochimiques et la plate-forme de gaz de synthèse en utilisant des voies thermo-chimiques-catalytiques. Cela contribuera positivement au développement durable et à l’environnement propre, en particulier en ce qui concerne les gaz à effet de serre atteignant zéro émission nette 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 de l’Ontario et du Canada.

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

Les tumeurs cancéreuses du sein se propagent au reste du corps par les ganglions sentinelles (le premier ganglion lymphatique à recevoir le 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 auxillaires et l’exécution de tests de biopsie est le seul moyen fiable de détecter et d’enlever les ganglions.  Ce procédé peut avoir comme conséquence la morbidité significative. Ce projet vise à mettre au point une procédure mini-invasive pour la détection et la destruction combinées des ganglions sentinelles à l’aide de nanoparticules magnétiques (magnétite).  Il a été démontré qu’en injectant de la 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 suivies jusqu’aux ganglions sentinelles à l’aide de techniques d’imagerie par ultrasons.  Ensuite, l’alternance de champs magnétiques (400-600 kHz, ~0,01 Tesla) chauffera les particules et les nœuds à ~ 43 ° C ce qui induit la mort cellulaire tumorale. Cette thérapie thermique est connue sous le nom d’hyperthermie.  Des modèles informatiques seront développés pour prédire l’efficacité de cette méthode et pour fournir des informations sur la base physique de ce traitement.  Les modèles mathématiques seront un guide dans la construction de prototypes de dispositifs, de la paillure, à la préclinique et aux étapes cliniques. Ce projet permettra de mettre au point une technologie pour la détection et la destruction des ganglions sentinelles à l’aide de nanoparticules de magnétite. 

Développement d’un mécanisme de mise au point automatique MEMS pour les caméras de téléphone cellulaire

Les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) font référence aux systèmes mécaniques et électriques intégrés à l’échelle micron qui sont maintenant de plus en plus nombreux en raison d’une tendance à la miniaturisation. Une méthode d’actionnement avancée proposée pour le MEMS à l’Université de Toronto et à l’Université Ryerson sera appliquée pour un mécanisme de mise au point automatique dans les caméras de téléphone cellulaire. Cette recherche s’appuiera sur les travaux menés par une équipe de recherche de six membres dans les deux universités. L’autofocus MEMS proposé a non seulement une plus grande profondeur de concentration, mais est également plus rapide que les technologies actuelles et est 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 avec le même potentiel, et la meilleure vitesse est obtenue en utilisant un système en boucle fermée. Un nouveau prototype de mise au point automatique de l’appareil photo sera conçu et caractérisé au cours de ce projet PDF. Les résultats de cette recherche peuvent révolutionner les caméras de téléphone cellulaire en termes de vitesse d’enregistrement et de qualité d’imagerie.

Commercialisation d’un dispositif de civière/incubateur de cellules

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

Méthodes de récupération de service réseau dans des scénarios de défaillance à grande échelle

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

D-Cubed : Détection de somnolence du conducteur

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

Revêtements et formulations respectueux de l’environnement pour l’industrie du bois

Ecoatra applique de nouveaux développements en nanotechnologie pour résoudre le problème de longue date de la consommation de substances dangereuses dans l’industrie du bois - l’une de nos industries les plus anciennes et les plus importantes. La formulation d’Ecoatra utilise la nanotechnologie pour permettre une pénétration plus profonde et plus uniforme dans le bois, une application polyvalente, des performances et une puissance accrues à des quantités de matériaux plus faibles, ce qui se traduit par des coûts réduits, des propriétés multifonctionnelles, y compris l’hydrofuge, des propriétés antimicrobiennes et une protection contre la lumière UV

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

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

Cellules solaires à base de points quantiques colloïdaux à hétérojonction

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

L’utilisation des NCs a montré le potentiel d’exploiter l’énergie solaire à des rendements élevés et à faible coût, constituant une alternative attrayante aux cellules solaires à base de silicium. Les NCs présentent le confinement spatial des supports électroniques. Cette propriété optique quantique permet l’accordabilité des propriétés d’absorption des NCs, permettant la collecte de l’ensemble du spectre solaire contrairement aux cellules solaires de silicium qui n’absorbent qu’une partie du spectre solaire.

L’objectif global du projet est de développer une architecture d’hétérojonction en vrac (BHJ) de nanostructures tridimensionnelles infiltrées à base de points quantiques traitée en solution dans laquelle la couche active de 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 pour mettre en œuvre une architecture optimale de l’électrode afin que nous puissions augmenter la longueur d’interaction des photons avec les NCs (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 pour le traitement du signal optique qui sont capables de remodeler la forme d’onde temporelle des impulsions optiques.  Les applications des dispositifs de mise en forme d’impulsions comprennent la télécommunication optique ultra-rapide, le calcul tout-optique ultrarapide et le traitement de l’information, l’imagerie biomédicale et la caractérisation et la surveillance électronique et photonique des signaux / dispositifs. Pour ces applications, des façonneurs de formes d’onde optiques ultrarapes capables de synthétiser des caractéristiques de forme d’onde temporelle jusqu’au régime de sous-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 mise en forme optique des 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 fibres Bragg et de caillebotis à longue période).  L’intégration des techniques de mise en forme d’impulsions existantes sur une puce optique est importante pour le développement de circuits optiques intégrés capables d’effectuer un éventail complet de tâches pour le traitement du signal entièrement optique.  La recherche proposée portera sur le développement de dispositifs de mise en forme d’impulsions dans deux plates-formes de matériaux, à savoir les guides d’ondes en verre écrits au laser femtoseconde et le semi-conducteur d’arséniure de gallium d’aluminium (AlGaAs). La première plate-forme matérielle a l’avantage d’être compatible avec les fibres, tandis qu’AlGaAs est un matériau très prometteur pour l’optique intégrée car elle peut être rendue active et utilisée pour l’intégration monolithique des sources laser et des détecteurs sur la même puce avec d’autres dispositifs optiques intégrés. Ainsi, le développement de façonneurs d’impulsions intégrés pour les deux plates-formes de matériaux est important.

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

L’un des avantages proposés de l’adoption des dossiers de santé électroniques est l’élaboration d’une base de données complète qui peut être utilisée pour la recherche épidémiologique, clinique et sur les services de santé. L’objectif principal de ce projet est d’élaborer des stratégies et de fournir des exemples de cas de la façon dont les données de ces vastes bases de données électroniques peuvent être utilisées pour améliorer les résultats des services de santé. Les Oacis de TELUS Solutions Santé (c.-à-d. le Système d’information clinique à architecture ouverte) sont utilisés dans une grande organisation de soins de santé depuis environ 15 ans. Une version entièrement anonymisée de la base de données sera utilisée pour élaborer et mettre à l’essai des modèles prédictifs des principaux résultats en matière de services de santé. Nous présenterons trois exemples de cas qui montreront comment les données tirées des dossiers de santé électroniques peuvent être utilisées pour cerner les lacunes dans la qualité des soins et déterminer les mécanismes possibles pour combler ces lacunes.

Évaluation des mesures correctives dans le secteur préoccupant de Toronto et de la région

Le secteur préoccupant de Toronto et de la région (TRAOC) a été l’un des sites les plus pollués des Grands Lacs, posant des risques pour la santé de millions de personnes. Le Plan d’assainissement (PAR) a fait d’importants progrès vers la remise en état du système et l’atteinte des objectifs de radiation. Pourtant, plusieurs questions cruciales doivent encore être abordées, telles que : Dans quelle mesure l’écosystème de Toronto est-il actuellement proche de répondre aux critères de radiation du PAR de TRAOC ? Quelles recherches et évaluations supplémentaires seront nécessaires pour orienter les mesures 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’Ecopath avec le logiciel Ecosim (EwE) avec l’analyse bayésienne. Les résultats de cette recherche seront particulièrement utiles aux intervenants locaux et aux organismes de réglementation lorsqu’ils prendront des décisions concernant les progrès du TRAOC vers l’atteinte d’un état souhaitable durable.

Nouveaux outils pour étudier la pénétration enzymatique et la dynamique de l’activité dans les parois cellulaires en bois

Les principaux défis de la bioconversion de la lignocellulose découlent de notre compréhension limitée de la chimie hétérogène du substrat et de la faible accessibilité 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 la dynamique de catalyse est en partie due aux contraintes des techniques employées précédemment. Contrairement à ces autres études, qui ont abordé ces questions en examinant les substrats modèles, je propose d’examiner et de développer de nouveaux outils à utiliser sur des substrats de bois massif complexes. Je prévois d’utiliser la spectrométrie de masse à ions secondaires en temps de vol (TOF‐SIMS), le microbalance à cristaux de quartz avec surveillance de la dissipation (QCM‐D) et la microscopie à épifluorescence en conjonction avec les fluorophores Alexa™. Cette suite de techniques est particulièrement utile pour surveiller simultanément la pénétratabilité et les changements chimiques du substrat (TOF‐SIMS), pour différencier la modification chimique et la dégradation du bois (QCM‐D), et pour distinguer la pénétration de différentes enzymes (fluorophores Alexa™ avec microscopie à épifluorescence).