Sono-Fabrication: A Multimodal Ultrasound Approach to Fabricate Hydrogels

This research project presents a transformative endeavor in the realm of soft materials, with the potential to yield substantial technological and socio-economic benefits for both Quebec and Canada. Focusing on hydrogels, a pivotal biomaterial with diverse applications in engineering and medicine, this project seeks to revolutionize its fabrication methods. Leveraging the emerging potential of ultrasound technology, this project aims to redefine hydrogel fabrication.The project capitalizes on ultrasound-induced cavitation to drive sono-synthesis for tough hydrogels. Unlike conventional methods relying on cytotoxic initiators, acoustic cavitation offers an initiator-free approach, enabling the creation of tough hydrogels with superior mechanical properties. The project outlines three aims to validate this hypothesis: Aim 1 focuses on sonochemical synthesis and characterization of tough hydrogels, Aim 2 delves into ultrasound-enabled 2D and 3D printing of tough hydrogels, while Aim 3 targets multimode sono-fabrication.The interdisciplinary nature of this project converges three FRQNT-classified disciplines: Génie des matériaux et génie métallurgique, Génie chimique, and Génie mécanique. It will pioneer a comprehensive exploration of ultrasound technology for advanced manufacture, advancing both fundamental understanding and practical technologies. Moreover, the project introduces multimodal sono-fabrication, an unprecedented technique with far-reaching applications in tissue engineering, drug delivery, and soft robotics.From an engineering and economic standpoint, this project is poised to yield immediate results in terms of academic contributions, patent applications, and conference presentations. Additionally, it will foster the professional development of Highly Qualified Personnel (HQP) in the fields of science and engineering. The anticipated economic impact holds significant promise, especially in light of the upward trajectory of the global hydrogel, 3D printing, and ultrasound technology markets. Collectively, the disruptive technologies nurtured by this project have the potential to influence a market valued at 50 billion USD. Ultimately, this endeavor is poised to unlock numerous opportunities across diverse sectors within Quebec and Canada, shaping a more innovative and prosperous future. Ce projet de recherche présente une entreprise de transformation dans le domaine des matériaux souples, avec le potentiel de générer des avantages technologiques et socio-économiques substantiels pour le Québec et le Canada. Axé sur les hydrogels, un biomatériau essentiel aux applications diverses en ingénierie et en médecine, ce projet cherche à révolutionner ses méthodes de fabrication. Tirant parti du potentiel émergent de la technologie des ultrasons, ce projet vise à redéfinir la fabrication d'hydrogels.Le projet capitalise sur la cavitation induite par les ultrasons pour piloter la sono-synthèse d'hydrogels résistants. Contrairement aux méthodes conventionnelles reposant sur des initiateurs cytotoxiques, la cavitation acoustique offre une approche sans initiateur, permettant la création d'hydrogels résistants dotés de propriétés mécaniques supérieures. Le projet définit trois objectifs pour valider cette hypothèse : l'objectif 1 se concentre sur la synthèse sonochimique et la caractérisation d'hydrogels résistants, l'objectif 2 se penche sur l'impression 2D et 3D par ultrasons d'hydrogels résistants, tandis que l'objectif 3 cible la sono-fabrication multimode.Le caractère interdisciplinaire de ce projet fait converger trois disciplines classées FRQNT : le Génie des matériaux et génie métallurgique, le Génie chimique et le Génie mécanique. Il sera le pionnier d'une exploration complète de la technologie des ultrasons pour la fabrication avancée, faisant progresser à la fois la compréhension fondamentale et les technologies pratiques. De plus, le projet introduit la sono-fabrication multimodale, une technique sans précédent avec des applications de grande envergure en ingénierie tissulaire, en administration de médicaments et en robotique douce.D'un point de vue technique et économique, ce projet est sur le point de produire des résultats immédiats en termes de contributions académiques, de demandes de brevet et de présentations à des conférences. De plus, il favorisera le développement professionnel du personnel hautement qualifié (PHQ) dans les domaines des sciences et de l'ingénierie. L'impact économique anticipé est très prometteur, en particulier à la lumière de la trajectoire ascendante des marchés mondiaux des technologies de l'hydrogel, de l'impression 3D et des ultrasons. Collectivement, les technologies disruptives nourries par ce projet ont le potentiel d'influencer un marché évalué à 50 milliards de dollars. En fin de compte, cet effort est sur le point de débloquer de nombreuses opportunités dans divers secteurs au Québec et au Canada, façonnant ainsi un avenir plus innovant et plus prospère.