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. The main 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
Staff members:
Former members:
Harishankar Balakrishnan | PhD Student
Maria Chiara Biagi | PhD Student
Marti Checa | PhD Student
Now: Pots-doc at Oak Ridge National Laboratory (USA)
Dr. Martin Edwards | Postdoc
Now: Research Assistant Professor, University of Utah (USA)
Daniel Esteban Ferrer | PhD Student
Dr. Laura Fumagalli | Senior Researcher
Now: Lecturer, School of Physics and Astronomy – Condensed Matter Physics, University of Manchester (UK)
Georg Gramse | PhD Student
Now: Senior Researcher, Johannes Kepler University of Linz (Austria)
Larisa Huetter | PhD Student
Dr. Adrica Kyndiah | PostdocNow: Senior Scientist at Instituto Italiano di Tecnologia (Italy)
Helena Lozano | PhD Student
Martina di Muzzio | PhD Student
Dr. Jordi Otero | Postdoc
Now: Postdoc, Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC)
Marc Van der Hofstadt | PhD Student
PROJECTS
INTERNATIONAL PROJECTS | FINANCER | PI |
---|---|---|
BORGES · Biosensing with ORGanic ElectronicS (2019-2022) | Marie Curie Skłodowska European Training Network (MSCA-ITN-ETN) | Gabriel Gomila |
PRINGLE · Protein Based Next Generation Electronics (2022-2026) | European Commission, PathFinder Open | Gabriel Gomila |
NATIONAL PROJECTS | FINANCER | PI |
---|---|---|
ICREA Academia Award (2023-2027) | Catalan Institution for Research and Advanced Studies (ICREA) / Generalitat de Catalunya | Gabriel Gomila |
BIGDATASPM · Métodos de datos masivos aplicados a la Microscopía de Sonda de Barrido para estudios eléctricos funcionales en ciencias de la vida (2020-2023) | MINECO, Generación Conocimiento: Proyectos I+D | Gabriel Gomila |
FINISHED PROJECTS | FINANCER | PI |
---|---|---|
SGR Grups de recerca consolidats (2017-2020) | AGAUR / SGR | Gabriel 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 – ITN | Gabriel Gomila |
V-SMMART Nano · Volumetric Scanning Microwave Microscopy Analytical and Research Tool for Nanotechnology (2012-2016) | NMP – SME | Gabriel Gomila |
AFM4NanoMed&Bio · European network on applications of Atomic Force Microscopy to Nanomedicine and Life Sciences | EU COST Action TD1002 | Gabriel Gomila (Management Committee Substitute Member) |
BIOWIRESENSE · Plataforma universal para la detección de biomarcadores basada en nanocables bacterianos conductores (2017-2019) | MINECO, Explora Ciencia | Gabriel 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 Catalunya | Gabriel 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
Bioenginyeria per a les teràpies emergents i avançades en el 17è Simposi de l’IBEC
El 17è Simposi anual de l’IBEC es va centrar en ‘Bioenginyeria per a les Teràpies Emergents i Avançades’, una de les àrees clau d’aplicació de l’IBEC. Van ser prop de 300 les persones assistents a l’esdeveniment, entre les quals es trobaven investigadors locals i internacionals. Un ambient multidisciplinari en el qual experts d’altres centres i la mateixa comunitat de l’IBEC van tenir l’oportunitat de presentar els seus projectes i intercanviar coneixement.
Dos projectes amb participació de l’IBEC seleccionats en la convocatòria de xarxes de doctorat MSCA
L’IBEC coordinarà SPM4.0 i participarà com a soci en ENTRY-DM, dos dels projectes seleccionats en la convocatòria 2023 de xarxes de doctorat dins del marc de les Accions Marie Skłodowska-Curie (MSCA). Gràcies a aquests dos projectes, l’IBEC incorporarà tres nous doctorands a la seva plantilla.
Nova metodologia per estudiar transistors orgànics en funcionament amb aplicacions en bioelectrònica
Un estudi liderat per l’IBEC ha aconseguit elaborar un mapa del potencial elèctric local al llarg de l’estructura de transistors orgànics usats en bioelectrònica que permet fer una avaluació detallada dels colls d’ampolla en el transport de càrrega. L’objectiu d’aquest estudi és aprofundir en la comprensió de les propietats del transport de càrrega en materials utilitzats en l’electrònica orgànica en contacte en medis líquids i millorar la seva aplicació en biosensors o enregistraments bioelèctrics.
Elisabeth Engel i Gabriel Gomila reben la distinció del programa ICREA Acadèmia
Els investigadors de l’IBEC Elisabeth Engel i Gabriel Gomila han estat guardonats amb la distinció “ICREA Acadèmia” que atorga la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA). Tant Engel … 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
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.
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.
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.
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.
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.
JOBS
Senior Laboratory Technician at the Nanoscale Bioelectric Characterization Research Group (Ref SRT_GG)
Ref: SRT_GG // Deadline: 20/06/2024
Post-doctoral researcher at the Nanobioelec Research Group (PD_GG)
Ref: PD_GG // Deadline: 15/01/2024
Predoctoral researcher at the Nanoscale Bioelectrical Characterization Research Group
Ref: FPI_GG /Deadline: 31/10/2023
Post-doctoral researcher at the Nanobioelec Research Group (PD_GG)
Ref: PD_GG // Deadline: 21/07/2023
Pre-doctoral researcher at the Nanobioelec Research Group (Phd_GG)
Ref: Phd_GG // Deadline 30/06/2023
Post-doctoral researcher at the Nanobioelec Research Group (Pd_GG)
Ref: Pd_GG // Deadline: 26/11/2023
Predoctoral researcher at the Nanoscale bioelectrical characterization group (PHD_GG)
Reference: PhD-GG / Deadline: 15/03/2023