Grant: Collaborative Science, Technology and Innovation Program – Ideation Fund

This agreement has been amended 1 time(s). The end date of this agreements has been modified by 116 days.

Cet accord a été modifié 1 fois La date de fin du présent accord a été changé de 116 jours.

Terahertz (THz) radiation is a form of electromagnetic energy that occupies a broad frequency band between 0.1 and 10 THz, and is non-ionizing. These frequencies coincide with natural dynamics of biological systems, including low-frequency vibrational modes of large molecules (e.g., all proteins, DNA) and the stretching/twisting modes of hydrogen bond networks that are ubiquitous in biological systems. This interaction mechanism is the basis behind existing novel THz diagnostic imaging technologies for which the high sensitivity to molecular/chemical structure provides excellent contrast between diseased and healthy tissue. However, exposure to higher levels of THz radiation can also affect the structure and function of target biomolecules. This project investigates these effects of intense terahertz radiation in proteins, cells, and skin tissue. The Ultrafast Nanotools lab, houses the source of terahertz radiation and sample chambers that will be used to perform biological exposure studies. This is central to the proposed research, as sufficient radiation sources of the type required for these investigations are not commercially available. The state-of-the-art sources of intense terahertz pulses constructed for research purposes are known to be capable of generating peak electric fields and intensity distributions sufficient to induce significant non-thermal biological effect in target samples, as reported in several academic publications.

Le rayonnement térahertz (THz) est une forme de rayonnement électromagnétique dont la fréquence se situe entre 0,1 et 10 THz. Il n’est donc pas ionisant. Ces fréquences coïncident avec la dynamique naturelle des systèmes organiques, y compris les vibrations à faible fréquence des grosses molécules (protéines, ADN) et avec la façon dont les réseaux de liaisons hydrogène, omniprésents dans les systèmes biologiques, s’étirent ou se tordent. Le mécanisme de ces interactions est à la base des nouvelles technologies d’imagerie diagnostique THz qui, en raison de leur extrême sensibilité à la structure moléculaire ou chimique, assurent un excellent contraste entre les tissus sains et malades. L’exposition à un rayonnement THz plus intense pourrait toutefois affecter la structure et la fonction des biomolécules visées. Le projet établira les effets d’un fort rayonnement THz sur les protéines, les cellules et l’épiderme. Le laboratoire des nano-instruments ultrarapides abrite la source du rayonnement THz et des caissons expérimentaux où auront lieu les études sur l’exposition biologique. Ces travaux sont au cœur des recherches envisagées, car il n’existe aucune source de rayonnement assez puissante pour de telles études sur le marché. Les sources à fortes impulsions THz à la fine pointe de la science qui sont créées pour la recherche engendrent un champ électrique de puissance maximale et en distribue l’intensité suffisamment pour induire d’importants effets biologiques non thermiques dans les échantillons, comme on le rapporte dans diverses publications scientifiques.

In the short term, anticipated outcomes will be strengthened collaborations across industry, academia, and government to support research excellence. In the medium term, anticipated outcomes will be the development of new and potentially disruptive technologies with collaborators.

À court terme, les résultats prévus sont des collaborations renforcées dans l’ensemble de l’industrie, du milieu universitaire et du gouvernement afin d’appuyer l’excellence en recherche. À moyen terme, les résultats prévus sont le développement de technologies potentiellement perturbatrices avec des collaborateurs.

The Ideation Fund is intended to encourage, test and validate transformative research ideas generated by teams of NRC scientific personnel and external collaborators with complementary capabilities, acting as a demonstration phase for a continually-evolving suite of research and development (R&D) deliverables at the NRC. The fund supports exploratory research through two mechanisms: the New Beginnings Initiative and the Small Teams Initiative.

Le Fonds d’idéation vise à encourager, à mettre à l’essai et à valider les idées de recherche transformatrice des équipes scientifiques du CNRC et des collaborateurs externes dotés de capacités complémentaires. Il servira ainsi de plateforme de démonstration d’une série de produits livrables en matière de recherche-développement (R-D) en constante évolution au CNRC. Le Fonds appuie la recherche exploratoire au moyen de deux mécanismes : l’Initiative « Nouveaux débuts » et l’Initiative « Petites équipes ».