Collaboration entre le CNRC et l'Institut de nanotechnologie de Waterloo

Responsable au CNRC : Misa Hayashida (Ph. D.), Centre de recherche en nanotechnologie

Responsables à l'Université de Waterloo : Boxin Zhao (Ph. D.) et Qinqin Zhu (Ph. D.)

Résumé. Par son ubiquité et sa longévité, le plastique pose désormais un problème de pollution majeur dans le monde. Les microplastiques et les nanoplastiques s'avèrent particulièrement préoccupants. En effet, considérablement plus petits que le plastique brut, ils peuvent véhiculer d'autres contaminants et pénétrer dans la chaîne alimentaire. Avant qu'on comprenne comment ils se dispersent et trouve des moyens pour les éliminer, il importe d'identifier et de classer ces particules, travail particulièrement ardu avec le nanoplastique, en raison de son extrême petitesse. Pour surmonter le problème, le projet verra s'il est possible, à long terme, de combiner la tomographie (une technique qui produit des images en relief à l'échelle du nanomètre) à l'apprentissage automatique afin d'échafauder une stratégie qui permettra d'identifier et de classer rapidement et uniformément les nanoplastiques. À plus brève échéance, soit la première année, le projet déterminera s'il est possible de différencier les particules de nanoplastique des nanoparticules de dioxyde de titane, un photocatalyseur inorganique.

Responsable au CNRC : Marianna Kulka (Ph. D.), Centre de recherche en nanotechnologie

Responsable à l'Université de Waterloo : Juewen Liu (Ph. D.)

Résumé. Les exosomes sont des nanovésicules issues de la cellule qu'on retrouve dans presque tous les fluides corporels (sang, urine, liquide céphalorachidien, salive, lait maternel). Ces vésicules contiennent des acides nucléiques régulateurs et des protéines, et on pense qu'elles font partie des principaux marqueurs biologiques du cancer et d'autres maladies. Une difficulté majeure consiste à séparer les exosomes et à les enrichir correctement, une difficulté qu'on doit à leurs dimensions infimes. Bien que des trousses commerciales reposant sur les anticorps permettent d'y arriver, leur coût est exorbitant, leur pouvoir de séparation restreint et elles n'enrichissent qu'un très petit nombre d'exosomes. Les chercheurs tenteront de capturer les exosomes en y fixant de l'ADN, comme on le fait pour les anticorps. Ce projet collaboratif débouchera sur la création de réactifs fort utiles pour les recherches ultérieures sur le dépistage du cancer, par exemple, ou sur l'administration de médicaments.

Responsables au CNRC : Mark Salomons et Michael Fleischauer (Ph. D.), Centre de recherche en nanotechnologie

Responsable à l'Université de Waterloo : German Sciaini (Ph. D.)

Résumé. Deux équipes s'uniront dans le cadre du projet pour essayer de développer et d'appliquer un porte-échantillons cathodoluminescent (CL) perfectionné dont on se servira pour caractériser les nanomatériaux et les nanostructures qui produisent de la lumière à la résolution spatiale de l'atome. L'équipe de German Sciaini fabriquera un porte-échantillons CL convenant aux microscopes électroniques à haute résolution du Centre de recherche en nanotechnologie. Celle de Mark Salomons réalisera l'automatisation qui permettra de corréler la position de l'échantillon aux signaux CL recueillis. L'expertise de Michael Fleischauer en caractérisation des nanomatériaux s'avérera cruciale pour l'interprétation des données et d'autres groupes de l'Université de l'Alberta, en l'occurrence ceux d'Al Meldrum (physique) et de Jon Veinot (chimie), profiteront de son aide. On utilisera les fonds d'amorçage pour soumettre des demandes de subvention conjointes, produire de la propriété intellectuelle, concevoir un nouveau produit et créer des emplois par le biais de la jeune entreprise qui verra le jour au terme des innovations technologiques de l'Université de Waterloo en microscopie électronique.

Responsable au CNRC : Adam Bergren (Ph. D.), Centre de recherche en nanotechnologie

Responsable à l'Université de Waterloo : Pr Yimin Wu (Ph. D.)

Résumé. Le changement climatique résulte de la concentration de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère, qui est passée de 300 à 420 parties par million (ppm) entre 1950 et 2021, dans une large mesure à cause des émissions des combustibles fossiles. Bien que le Canada se soit donné pour objectif la carboneutralité d'ici 2050, les crises de la santé et de l'énergie qu'a suscitées entre-temps le réchauffement planétaire mettent sérieusement l'humanité en danger. Pour s'attaquer à l'enjeu du changement climatique, l'équipe créera des réseaux de capteurs à transistors à effet de champ et en feront des systèmes de mesure consommant peu d'énergie pour suivre les émissions de CO2 à distance grâce à l'Internet des objets (IdO). Cette technologie peu onéreuse de détection in situ des gaz à effet de serre (GES) à précision moyenne permettra d'étayer les mesures d'atténuation et d'en évaluer l'efficacité d'une manière uniforme partout au pays. Le réseau de capteurs suivra les dégagements de CO2 dans les villes, les industries, les exploitations agricoles et les collectivités ce qui permettra de surveiller et de modéliser l'atmosphère, et ainsi établir comment réduire éventuellement ces émissions selon la nature de leur source et leur évolution dans le temps.

Responsable au CNRC : Abebaw Jemere (Ph. D.), Centre de recherche en nanotechnologie

Responsable à l'Université de Waterloo : Shirley Tang (Ph. D.)

Résumé. La prévalence grandissante des maladies chroniques comme les maladies cardio-vasculaires continue d'assombrir le tableau clinique dans le monde. Il faut absolument tester les marqueurs biologiques au point d'intervention (PI) si l'on veut prendre en charge efficacement les maladies chroniques et surmonter les difficultés habituelles associées aux analyses en laboratoire (longs délais, disponibilité, coût élevé). Les capteurs actuellement employés pour les essais PI utilisent des substances organiques périssables comme composant à identifier. Ils sont donc difficiles à transporter et à entreposer là où les ressources manquent. L'équipe mettra au point de nouveaux polymères à impression moléculaire (PIM) et des capteurs multiplex activés par nanopellicule sur une plateforme électrochimique conçue pour les essais PI. Ces systèmes à haute performance sont dépourvus de composants organiques. Les capteurs électrochimiques réduiront la dimension des dispositifs sans que la rapidité et l'extrême sensibilité de la réaction en souffrent. Ils se prêtent donc à merveille au format des bâtonnets diagnostiques dont le résultat pourra être lu au moyen d'un téléphone intelligent.

Responsable au CNRC : Kenneth Bosnick (Ph. D.), Centre de recherche en nanotechnologie

Responsables à l'Université de Waterloo : Kevin Mussleman (Ph. D.) et Mustafa Yavuz (Ph. D.)

Résumé. On gaspille plus de la moitié des aliments produits au Canada. Outre les conséquences majeures que cela signifie sur les plans économique et social, ce gaspillage libère environ 56,5 mégatonnes de gaz à effet de serre par année dans l'atmosphère. Les déchets carnés expliquent vingt pour cent de l'empreinte carbone venant du gaspillage d'aliments. Quand elles se décomposent, les protéines de la viande libèrent des amines biogènes (la cadavérine, par exemple), toxiques pour l'être humain et capables de produire des composés cancérogènes par réaction. Les chercheurs combineront leur savoir-faire pour fabriquer des nanocapteurs inertiels à nanoconsole ultrasensibles qui détecteront rapidement et de façon sélective les amines biogènes. On fabriquera des nanoconsoles avec différents oxydes à Waterloo, puis on les testera avec des analytes courants (Université de Waterloo) et on modélisera les gaz d'essai des amines biogènes (CNRC). Un appareil manuel capable de détecter rapidement ces amines volatiles dans les usines de transformation de la viande permettrait de réduire le volume de viande avariée, donc celui des déchets alimentaires et leurs émissions, tout en rehaussant la salubrité des aliments.

Responsable au CNRC : Neil Graddage (Ph. D.), Centre de recherche en électroniques et en photonique avancées

Responsable à l'Université de Waterloo : Michael Pope (Ph. D.)

Résumé. Le projet verra la création d'une dispersion de matériaux imprimables en deux dimensions pour la fabrication de capteurs qui réagiront à la lumière dans le proche infrarouge. Les matériaux bidimensionnels ont des propriétés optiques et électroniques uniques dont on peut se servir dans les capteurs à haute performance. En outre, il est possible de les disperser dans des solvants, ce qui permettrait de fabriquer un dispositif par les techniques d'imprimerie. L'impression est une méthode de fabrication exceptionnelle en électronique, car elle permet de produire des appareils peu coûteux sur n'importe quel substrat. Les dispositifs imprimés de la sorte se caractérisent par leur souplesse et leur légèreté, propriétés idéales pour les composants adaptables destinés à l'électronique vestimentaire. En combinant la sensibilité dans le proche infrarouge à un facteur de forme variable, on créera de nouvelles applications comme des oxymètres de pouls portatifs pour surveiller la santé.

Responsable au CNRC : Nikola Pekas (Ph. D.), Centre de recherche en nanotechnologie

Responsable à l'Université de Waterloo : Emmanuel Ho (Ph. D.)

Résumé : Différencier les symptômes de la COVID-19, de la grippe saisonnière et du rhume s'avère parfois confondant. Les malades qui ont mal à la gorge, dont le nez coule ou qui toussent sont traités comme des cas possibles de COVID-19. C'est pourquoi on a besoin au plus vite d'une méthode facile, sensible, précise et rapide pour distinguer le coronavirus des autres virus engendrant des symptômes analogues. Le projet verra le développement d'une trousse d'essai portative et rapide (environ 20 minutes) reposant sur la technologie de pointe qu'est l'amplification par la recombinase polymérase (RPA), combinée à l'usage de nanoparticules d'or dans un dispositif qui recourra à des microfluides pour différencier la COVID-19, le rhume et la grippe. Cet appareil de dépistage novateur s'avèrerait d'une grande utilité dans les écoles, aux points d'intervention, dans les pays en développement et dans les communautés éloignées en raison de sa rapidité et de son prix peu élevé. En outre, il ne serait pas nécessaire de former le personnel qui l'utiliserait.

Responsables au CNRC : Marianna Kulka (Ph. D.), Centre de recherche en nanotechnologie, et Yimei Jia (Ph. D.), Centre de recherche en thérapeutique en santé humaine

Responsable à l'Université de Waterloo : Pu Chen (Ph. D.)

Résumé. Les cellules qui exposent les antigènes le plus efficacement sont les cellules dendritiques (CD) matures, immunologiquement compétentes. Ces cellules sont de puissants détecteurs immuns des signaux innés qui activent et préparent correctement les lymphocytes T s'attaquant à des antigènes spécifiques. Un chargement inefficace de l'antigène et la lente maturité des CD sont les principales raisons pour lesquelles il y a échec de l'activation des lymphocytes T et le système immun ne parvient pas à combattre l'infection. Pour y remédier, on propose de créer une plateforme technologique de nanomédecine théragnostique avec laquelle on dotera les CD d'ARNm auto-amplificateur par transfection en liant des biomatériaux techniques au récepteur DEC-205. L'approche envisagée présente plusieurs avantages par rapport aux stratégies existantes : (1) elle vise spécifiquement les CD immatures afin d'induire une puissante réaction chez les lymphocytes T, (2) elle recourt à de l'ARNm auto-amplifié pour intensifier ou prolonger l'expression de l'antigène et (3) elle déploie une nouvelle bibliothèque de lipides qui accroîtra l'efficacité de la transfection.