DONATE

Nanoscale bioelectrical characterization

About

The main goal of the Nanoscale Bioelectrical Characterization group is to develop a multiscale approach to Bioelectricity, covering from the nano- to the microscale. To this end the group combines methods and techniques from Scanning Probe Microscopy, Organic Electronics and Big Data. ain objective is to contribute to develop new label-free biological nanoscale characterization methods and new electronic biosensors.

The group performs research on Scanning Dielectric Microscopy, a set of Scanning Probe Microscopy techniques and methods to measure the local dielectric properties of samples. Over the years, implementations of Scanning Dielectric Microscopy in current sensing, force sensing and at microwave frequencies have been developed. In the case of the force sensing mode, operation in air and liquid environments have been implemented.

At present, the group is centered in developing advanced force volume modes for Scanning Dielectric Microscopy coupled to big data computational and processing techniques.

The objective is to obtain fast functional dielectric maps of complex samples (e.g. cells) with nanoscale spatial resolution and with sensitivity to the subsurface properties.

With the Scanning Dielectric Microscope, we investigate the passive dielectric properties of Biological samples. Among others, we have determined the dielectric constant of lipid bilayers, supramolecular protein structures like virus capsids and tails, bacterial flagella and protein layers, and of DNA. Moreover, the dielectric properties of single viruses, bacterial cells and bacterial endospores have been measured, and we analyzed the effect of environmental humidity in their dielectric response. Finally, we have investigated the dielectric properties of confined water, finding an anomalous low dielectric constant value.

At present, applications are focused in determining the dielectric properties of heterogeneous lipid bilayers, liposomes and eukaryotic cells, all of the in the liquid environment. The objective is to develop a nanoscopic technique able to map the composition of complex biological systems without the use of exogeneous labels.

The Scanning Dielectric Microscopy is also used to investigate the electrical properties of the so-called bacterial nanowires, nanoscale structures produced by electrogenic bacterial cells, which enable the exchange of electrons extracellularly at long distances from the bacterial cell body. Current research is focused in the study of the electric properties of outer membrane cell extensions from Shewanella Oneidensis MR-1 and of protein fibers from the so-called cable bacteria cells.

The group also performs research in the application of Electrolyte Gated Field Effect Transistors as biosensors to record the electrical activity of excitable cells. We have demonstrated the potential of these transistors to record the electrical activity of clusters of cardiomyocyte cells over long periods of time (weeks), and, currently, we are investigating its potential application to other cell types (e.g. neurons) and cell structures (e.g. organoids).

Finally, the group is working in the integration of nanoscale and microscale electrical recording techniques for Biology in a single instrument. We have already demonstrated the possibility to integrate the in-liquid Scanning Dielectric Microscope with the Electrolyte Gated Field Effect Transistor, and, currently, we are working in using this platform to perform multiscale electrical recordings on electrically excitable cells with the objective to correlate nano- and microscopic electrical cell activity.

Staff

Gabriel Gomila Lluch
Group Leader
+34 934 020 206
ggomilaibecbarcelona.eu

Former members:

Dr. Laura Fumagalli | Senior Researcher
Now: Lecturer, School of Physics and Astronomy – Condensed Matter Physics, University of Manchester (UK)
Dr. Annalisa Calò | Postdoc
Now: Postdoc, CUNY Advance Science Research Center (USA)
Dr. Aurora Dols-Pérez | Postdoc
Now: Postdoc at the Technical University of Delft (Nederlands)
Dr. Martin Edwards | Postdoc
Now: Research Assistant Professor, University of Utah (USA)
Daniel Esteban Ferrer | PhD Student
Georg Gramse | PhD Student
Now: Senior Researcher, Johannes Kepler University of Linz (Austria)
Dr. Jordi Otero | Postdoc
Now: Postdoc, Institute For Bioengineering of Catalonia (IBEC)

Marc van der Hofstadt | PhD Student
Maria Chiara Biagi | PhD Student

Projects

INTERNATIONAL PROJECTSFINANCERPI
BORGES · Biosensing with ORGanic ElectronicS (2019-2022)Marie Curie Skłodowska European Training Network (MSCA-ITN-ETN)Gabriel Gomila
NATIONAL PROJECTSFINANCERPI
BIGDATASPM ·  Métodos de datos masivos aplicados a la Microscopía de Sonda de Barrido para estudios eléctricos funcionales en ciencias de la vida (2020-2022)MINECO,  Generación Conocimiento: Proyectos I+DGabriel Gomila
FINISHED PROJECTSFINANCERPI
SGR Grups de recerca consolidats (2017-2020)AGAUR / SGRGabriel Gomila
SPM2.0 · Scanning probe microscopies for nanoscale fast, tomographic and composition imaging (2017-2020)Marie Curie Skłodowska European Training Network (MSCA-ITN-ETN)Gabriel Gomila (Project Coordinator)
NANOMICROWAVE · Microwave Nanotechnology for Semiconductor and Life Sciences (2013-2016)MARIE CURIE – ITNGabriel Gomila
V-SMMART Nano · Volumetric Scanning Microwave Microscopy Analytical and Research Tool for Nanotechnology (2012-2016)NMP – SMEGabriel Gomila
AFM4NanoMed&Bio · European network on applications of Atomic Force Microscopy to Nanomedicine and Life SciencesEU COST Action TD1002Gabriel Gomila (Management Committee Substitute Member)
BIOWIRESENSE · Plataforma universal para la detección de biomarcadores basada en nanocables bacterianos conductores (2017-2019)MINECO, Explora CienciaGabriel Gomila
NANOELECTOMOGRAPHY· Electrical nanotomography based on scanning probe microscopy for nanomaterials and biological samples (2014-2016)MINECO (TEC2013-48344-C2-1-P)Gabriel Gomila
NANOELECTROPHYS · Scanning Electric Force Microscope for Electrophysological Recordings at the Nanoscale
(2016-2019)
MINECO (TEC2016-79156-P)Gabriel Gomila
ICREA Academia Award (2015-2019)Catalan Institution for Research and Advanced Studies (ICREA) / Generalitat de CatalunyaGabriel Gomila

Publications

Equipment

  • Cypher Atomic Force Microscope (Asylum Research)
  • Nanowizard 4 Bio-Atomic Force Microscope (JPK)
  • Cervantes Atomic Force Microscope (Nanotec Electronica)
  • Easy Scan 2 Atomic Force Microscope (Nanosurf)
  • AxioImager A1m Reflection Optical Microscope (Zeiss) equipped with a AxioCam ERc5s (Zeiss)
  • CompactStat portable electrochemical interface and impedance analyzer (Ivium Technologies)
  • Palmsens 4, 8 channel Potentiostat (Palmens)
  • 2 eLockIn204 4-phase Lock-In amplifiers (Anfatec)
  • Keithley 6430 sub-femtoAmp remote sourcemeter
  • Keysight B2912A precision Source/Measure Unit, 2 channels
  • Keysight N9310A RF Signal Generator 9 kHz to 3.0 GHz

Collaborations

  • Dra. Laura Fumagalli
    University of Manchester, United Kingdom
  • Dr. Ferry Kienberger
    Agilent Technologies Austria, Linz, Austria
  • Prof. Marco Sampietro
    Politecnico di Milano, Italy
  • Dr. Jordi Borrell
    University of Barcelona, Spain
  • Prof. Antonio Juárez
    University of Barcelona, Spain
  • Dr. Manel Puig
    University of Barcelona, Spain
  • Dr. Filip Meysman
    Vrije Universiteit Brussel, Belgium
  • Prof. Fabio Biscarini
    Universita di Modena e Regio Emilia, Italy
  • Dra. Marta Mas-Torrents
    Institut de Ciències de Materials de Barcelona, Spain 
  • Dra. Adrica Kyndiah
    Italian Institute of Technology, Italy 

News

Introduction to the vacant position: The Nanobioelec Group/Unit is looking for Research Assistant. The contract will be within the framework of the European Project PRINGLE, whose objective is to develop … Read more

Research Assistant at the Nanoscale bioelectrical characterization group

Introduction to the vacant position: The Nanobioelec Group/Unit is looking for Research Assistant. The contract will be within the framework of the European Project PRINGLE, whose objective is to develop … Read more

Un estudi internacional en el qual han participat investigadors de l’IBEC, ha determinat que el níquel és l’element conductor clau en el transport d’electricitat en els bacteris-cable. Es tracta d’un nou mecanisme de transport d’electrons a llarg recorregut fins ara desconegut.

Descobreixen com es transmet l’electricitat dins dels bacteris-cable

Un estudi internacional en el qual han participat investigadors de l’IBEC, ha determinat que el níquel és l’element conductor clau en el transport d’electricitat en els bacteris-cable. Es tracta d’un nou mecanisme de transport d’electrons a llarg recorregut fins ara desconegut.

Investigadors de l’IBEC han aconseguit reduir dràsticament el temps de processament d’imatges de microscòpia utilitzant eines d’aprenentatge automàtic. Amb aquesta nova tècnica han obtingut, en tan sols alguns segons, un mapa de la composició bioquímica de les cèl·lules.

L’aprenentatge automàtic aplicat a la microscòpia accelera el processament d’imatges

Investigadors de l’IBEC han aconseguit reduir dràsticament el temps de processament d’imatges de microscòpia utilitzant eines d’aprenentatge automàtic. Amb aquesta nova tècnica han obtingut, en tan sols alguns segons, un mapa de la composició bioquímica de les cèl·lules.

Amb un nou mètode que combina microscopis de rastreig de força d’alta potència i l’aprenentatge automàtic, els investigadors de l’IBEC han reduït dràsticament el temps de processament necessari per aconseguir un mapa de composicions bioquímiques a nanoescala a partir d’imatges elèctriques de cèl·lules eucariotes en tan sols segons.

L’aprenentatge automàtic redueix el temps de processament d’imatges de microscòpia de mesos a només segons

Amb un nou mètode que combina microscopis de rastreig de força d’alta potència i l’aprenentatge automàtic, els investigadors de l’IBEC han reduït dràsticament el temps de processament necessari per aconseguir un mapa de composicions bioquímiques a nanoescala a partir d’imatges elèctriques de cèl·lules eucariotes en tan sols segons.

Aurora Dols i Zaida Álvarez, investigadores de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), reben les prestigioses beques Beatriu de Pinós que atorga la Generalitat de Catalunya per a la incorporació d’investigadors postdoctorals altament qualificats en el sistema català de recerca.

Dues investigadores de l’IBEC reben la beca Beatriu de Pinós

Aurora Dols i Zaida Álvarez, investigadores de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), reben les prestigioses beques Beatriu de Pinós que atorga la Generalitat de Catalunya per a la incorporació d’investigadors postdoctorals altament qualificats en el sistema català de recerca.

Una col·laboració conjunta entre l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAC) i la Universitat de Manchester ha aconseguit realitzar mapes de les propietats elèctriques de la interfície entre biosensors orgànics i medis electròlits a la nanoescala mesurant les forces elèctriques locals.

Forces elèctriques per caracteritzar futurs dispositius electrònics biocompatibles

Una col·laboració conjunta entre l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAC) i la Universitat de Manchester ha aconseguit realitzar mapes de les propietats elèctriques de la interfície entre biosensors orgànics i medis electròlits a la nanoescala mesurant les forces elèctriques locals.

Investigadors de l’IBEC i l’ICMAB han desenvolupat una plataforma de transistors biocompatibles, flexibles i econòmics capaços d’enregistrar un electrocardiograma en cèl·lules i microteixits durant períodes llargs de temps. La plataforma, basada en transistors orgànics de tipus EGOFET, també pot mesurar l’efecte dels fàrmacs en cèl·lules amb batec, com ara els cardiomiòcits, fet que obre la porta a diverses aplicacions, per exemple, de dispositius implantables per millorar la salut.

Un equip d’investigadors desenvolupa biotransistors capaços d’escoltar petits batecs de vida

Investigadors de l’IBEC i l’ICMAB han desenvolupat una plataforma de transistors biocompatibles, flexibles i econòmics capaços d’enregistrar un electrocardiograma en cèl·lules i microteixits durant períodes llargs de temps. La plataforma, basada en transistors orgànics de tipus EGOFET, també pot mesurar l’efecte dels fàrmacs en cèl·lules amb batec, com ara els cardiomiòcits, fet que obre la porta a diverses aplicacions, per exemple, de dispositius implantables per millorar la salut.

Una recerca liderada pel National Graphene Institute de la Universitat de Manchester, que ha comptat amb la col·laboració de l’IBEC, revela que la capa d’aigua que cobreix totes les superfícies que ens envolten té propietats elèctriques molt diferents a l’aigua normal. L’aigua, una de les substàncies més fascinants de la Terra, compta entre les seves moltes propietats inusuals amb una alta polaritzabilitat, és a dir, una forta resposta a un camp elèctric aplicat. Recentment, no obstant això, un equip de recerca ha descobert que les capes d’aigua de tan sol unes poques molècules de gruix -com l’aigua que cobreix totes les superfícies que ens envolten- es comporta de manera molt diferent a l’aigua normal.

Les propietats de l’aigua canvien a la nanoescala

Una recerca liderada pel National Graphene Institute de la Universitat de Manchester, que ha comptat amb la col·laboració de l’IBEC, revela que la capa d’aigua que cobreix totes les superfícies que ens envolten té propietats elèctriques molt diferents a l’aigua normal. L’aigua, una de les substàncies més fascinants de la Terra, compta entre les seves moltes propietats inusuals amb una alta polaritzabilitat, és a dir, una forta resposta a un camp elèctric aplicat. Recentment, no obstant això, un equip de recerca ha descobert que les capes d’aigua de tan sol unes poques molècules de gruix -com l’aigua que cobreix totes les superfícies que ens envolten- es comporta de manera molt diferent a l’aigua normal.

Jobs