Microscopie électronique à balayage MEB (SEM)
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Biomatériaux polymériques et nouveaux outils de diagnostic
+précis +efficace
Pour les groupes Buschmann et Hoemann, le principal objectif de recherche est de développer des technologies basées sur la combinaison de polymères nanostructurés avec des composantes du sang afin de créer des biomatériaux hybrides servant à réparer des tissus articulaires, tels que les cartilages et les ménisques, ou à traiter l’ostéoarthrite par des injections intra-articulaires. Un contrat industriel (2,1 M$ sur 3 ans) visant à développer ces technologies a été conclu avec OrthoregeneX. De plus, ce contrat permettra la transition vers de nouvelles installations de fabrication et il facilitera l’obtention des approbations par diverses autorités réglementaires.
Biomomentum inc., une entreprise issue des travaux du groupe Buschmann, se spécialise dans les outils de diagnostic permettant d’évaluer l’état des cartilages. Elle a mis au point une sonde arthroscopique et un outil bioélectrique non invasif servant à diagnostiquer de l’extérieur l’état du cartilage articulaire, notamment celui du genou. En outre, avec le soutien du CRSNG, les groupes Buschmann et Hoemann travaillent, avec Biomomentum, à la conception d’outils de diagnostic améliorés. Une partie clé de ce travail consiste à interpréter les signaux électriques produits par les appareils de Biomomentum. Ces signaux fournissent des données histologiques, biomécaniques et biochimiques sur le cartilage articulaire, qu’il s’agit d’analyser en détail. On s’attend à ce que cette étude donne des algorithmes de diagnostic pouvant être utilisés en clinique pour déterminer l’état du cartilage malade et pour aider à prendre des décisions relatives au traitement.
Chercheurs impliqués
Prof. Michael D. Buschmann and Prof. Caroline Hoemann (École Polytechnique de Montréal)
Compagnie impliquée
Biomomentum
IRDQ's contribution
Capteurs pour analyses médicales ou environnementales rapides
+rapide +efficace
La médecine moderne s’oriente vers les plans de traitement personnalisés. Elle a donc besoin d’outils analytiques pour surveiller et suivre les réactions des patients durant les traitements. Actuellement, en chimiothérapie, les patients reçoivent des cocktails de médicaments selon un calendrier statistiquement prédéterminé par les réactions d’une multitude de patients ayant été traités dans le passé. Ce protocole n’est pas optimal. Un agent chimiothérapeutique clé, le méthotrexate, a une marge thérapeutique étroite : de faibles concentrations sont inefficaces dans le traitement du cancer, tandis que de fortes concentrations présentent un degré de toxicité inacceptable pour le patient. Les groupes Masson et Pelletier développent des biocapteurs dans lesquels des nanoparticules d’or aux caractéristiques bien connues sont disposées sur un substrat de verre de façon à former des bandelettes de test colorimétrique destinées à détecter en quelques minutes, par résonance plasmonique de surface (RPS), la présence de méthotrexate. Le schéma de détection du méthotrexate a été validé au moyen d’un prototype RPS, un instrument qui fait maintenant l’objet d’essais cliniques sur des patients subissant une chimiothérapie.
L’Institut Mérieux et l’entreprise BioMérieux accordent leur appui à ces travaux. Actuellement, on travaille également au développement de capteurs du même type permettant de réaliser des analyses environnementales rapides, en collaboration avec Recherche et développement pour la défense Canada. Un instrument prototype pour analyser le méthotrexate a été fabriqué et testé. Il a été démontré que ce nouvel instrument est plus rapide, plus économique et plus facile à utiliser que les instruments couramment employés. Des études cliniques de l’instrumentation sont en cours.
Chercheurs impliqués
Prof. Jean-François Masson and Prof. Joëlle Pelletier (Université de Montréal)
La contribution IRDQ
Comment se dissout le dioxyde de carbone?
(a) Schéma de l'expérience. (b) La puce microfluidique
+rapide +efficace +intégrée
La solubilité du dioxyde de carbone dans les solvants et sa vitesse de dissolution a un impact critique dans une vaste gamme d'applications : environnement, médecine, géophysique et synthèse chimique. Les exemples d'applications où le CO2 agit comme soluté incluent : la séquestration de CO2 dans les liquides, le développement de substituts au sang avec de grandes solubilités, l'utilisation de microbulles de CO2 en imagerie biomédicale, le rôle du CO2 dissout dans l'équilibre des océans, etc.
Le Pr. Axel Guenther de l'Université de Toronto, utilisant les laboratoires partenares de l'IRDQ, a développé la première plateforme microfluidique automatisée pour l'étude combinée de la dissolution du CO2 et de sa solubilité dans différents solvants. La puce microfluidique produit des résultats 300 fois plus rapidement que les appareils typiquement utilisés.
Référence
[1] Milad Abolhasani, Mayank Singh, Eugenia Kumachevab, Axel Günther, Lab Chip,12, 1611-1618 (2012)
Chercheur impliqué
Pr. A. Guenther (University of Toronto)
La contribution IRDQ
Des données fondamentales pour la fabrication des résonateurs
Microscopie électronique à balayage du cantilever de Si (haut) Configuration de l'expérience (bas)
+précis +efficace +intégré
Pour fabriquer un résonateur MEMS de haute qualité, il est indispensable de connaître les propriétés d’amortissement de ses composants et notamment celles liées aux frictions internes dans les films minces (50 à 500 nm d’épaisseur). Pour la première fois, les Professeurs Vengallatore et Fréchette sont parvenus à mesurer précisément ces données grâce à un microcantilever en silicium permettant de travailler à la limite fondamentale de dissipation établie par amortissement thermoélastique.
Cette stratégie a permis de mettre en évidence un phénomène important dans le domaine des résonateurs MEMS : les films d’or dissipent moins d’énergie que les films d’aluminium ou d’argent entre 100 Hz et 1,5 kHz. De plus, il a été démontré que les phénomènes de frictions internes sont dominés par les défauts induits pendant la fabrication des films. Ces travaux vont permettre d’orienter les méthodes de fabrication pour aller vers des résonateurs de haute qualité.
Référence
[1] G. Sosale, S. Prabhakar, L.G. Frechette, S. Vengallatore, Journal of Microelectromechanical Systems, 20, 3, 764-773 (2011)
URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5759289&isnumber=5779913
Chercheurs impliqués
G. Sosale, D. Almecija et Pr. S.Vengallatore (Université McGill), Pr. L. Fréchette (Université de Sherbrooke)
La contribution IRDQ
Augmenter la durée de vie des cellules solaires
Plusieurs paramètres influencent l'organisation moléculaire de la couche active des cellules solaires polymériques
+rentable +performant +résistant
Actuellement, les cellules solaires sont à base de semi-conducteurs inorganiques qui ont un rendement intéressant, mais sont chers à fabriquer et peu versatiles. Les cellules polymères sont quant à elles : peu coûteuses à fabriquer, plus légères, moins fragiles et potentiellement flexibles. Elles sont donc une alternative des plus prometteuses aux énergies fossiles.
Le défi est d’augmenter la durée de vie de ces cellules, c’est-à-dire maintenir leurs propriétés durant leur cycle de vie pour leur assurer un avenir industriel. Deux facteurs primordiaux vont permettre d’atteindre ce but : l’utilisation de composants du couple donneur-accepteur de haute pureté et la maitrise de la structuration résultant du procédé de fabrication.
La compagnie Solaris Chem Inc. et le Pr. Wuest ont associés leurs savoir-faire afin de développer cette nouvelle génération de cellules. Le Pr. L'Espérance a apporté son expertise afin de caractériser les cellules. Les travaux ont permis:
- la production de haute pureté des couple donneurs-accepteurs formants la cellule (polymères π-conducteurs et dérivés de fullerènes);
- la mise en œuvre de ces polymères;
- la caractérisation des structures résultantes et les implications sur l’efficacité.
Les travaux sont en cours pour développer l’énergie de demain.
Chercheurs impliqués
Pr. G. L'Espérance (École Polytechnique), P.-L. Brunner et Pr. J.D. Wuest (Université de Montréal)
Compagnie impliquée
Solaris Chem Inc.
La contribution IRDQ
Les défis de la fabrication de structures infiniment petites
Tranchée de 12 nm de large et de 120 nm de profondeur (vue en coupe) gravée pas plasma ICP dans la silice
+précis +petit +performant
Depuis l’invention du premier microprocesseur en 1971, une réduction constante des limites de fabrication, passées de 3 microns en 1980 à 32 nanomètres aujourd’hui, a permis une constante évolution de la microélectronique... et cela devrait continuer jusqu’à un « mur » physique qui s’approche rapidement : l’atome. En effet, 32 nanomètres ne représentent qu’une centaine d’atomes placés côte à côte : le défi est de fabriquer des structures de quelques atomes de résolution sur de grandes surfaces et ce, à moindre coût.
La fabrication de structures de cette taille repose sur deux grandes étapes : la définition de motifs dans une résine et leur transfert dans un matériau. Pour pousser les limites de ces étapes, un des outils de lithographie électronique les plus performant au monde est mis à profit, le Vistec VB6 UHR-EWF. Couplé à des outils de gravure plasma à la fine pointe de la technologie, des motifs de l’ordre de 10 nm (c’est-à-dire une trentaine d’atomes) gravées sur 120 nm de profondeur ont été obtenues sur du silicium et de la silice, soit les plus petites dimensions jamais atteintes.
Chercheurs impliqués
S. Delprat, B. Le Drogoff et Pr. M. Chaker (INRS)
La contribution IRDQ
Catalyseurs non-nobles pour piles à combustibles pour le transport automobile
Image MET (TEM, haut) et Image MEB (SEM, bas) des catalyseurs non-nobles à base de fer pour la réduction de l'oxygène en piles à combustible
+efficace +écologique +rentable
Une pile à combustible à électrolyte polymère est une source de puissance électrique propre et efficace qui pourrait, dans un avenir proche, être utilisée dans le domaine de l’automobile. L’utilisation du platine et de ses alliages comme catalyseurs dans ces nouveaux types de piles compromet cependant leur déploiement à grande échelle, compte tenu du coût de ces matériaux.
Les travaux entrepris dans le cadre de ce projet démontrent qu’un catalyseur non-noble à base de fer, un métal très commun, pourrait remplacer le platine. Ainsi, après avoir démontré au cours d’une première percée que l’activité catalytique de ce type de catalyseur rivalisait celle du platine [1], une seconde percée significative a été récemment réalisée [2]. Une fois intégré à une pile à combustible, ce catalyseur est capable de fournir une puissance électrique comparable à celle que peut fournir le platine à un voltage d’intérêt pour l’utilisation dans le domaine de la propulsion automobile.
Avant d’obtenir un produit pleinement commercialisable, le dernier problème à résoudre est la durabilité à long terme du catalyseur qui doit être d’au moins 5000 heures afin de répondre aux cibles déterminées par le US DOE (US Department of Energy ). Les recherches sont en cours afin de trouver une solution au manque actuel de durabilité.
Références
[1] M. Lefèvre, E. Proietti, F. Jaouen, J.-P. Dodelet, Science, 324, 71-74 (2009)
[2] E. Proietti, F. Jaouen, M. Lefèvre, N. Larouche, J. Tian, J. Herranz, J.-P. Dodelet, Nature Communications, 2, 416 (2011)
Chercheurs impliqués
Pr. J.-P. Dodelet et M. Lefèvre (INRS)
Entreprise impliquée
Canétique Électrocatalyse
La contribution IRDQ
Équipement en vedette