About
Current smart instrumentation using multi-sensors and/or spectrometers provides a wealth of data that requires sophisticated signal and data processing approaches to extract the hidden information.
Our group develops algorithmic solutions for the automatic processing of Gas Sensor Array, Gas Chromatography – Ion Mobility Spectrometry (IMS), Nuclear Magnetic Resonance, and Mass Spectrometry (GC/LC-MS, MSI) data for metabolomics, food, and environmental samples.
In this context, we are interested in intelligent chemical instruments for the detection of gases, volatile compounds, and smells. These systems can be based on an array of nonspecific chemical sensors with a pattern recognition engine, taking inspiration from the olfactory system. Some spectrometries, e.g. Ion Mobility Spectrometry, are capable of very fast analysis with good detection limits but poor selectivity. These technologies have been proposed for the fast determination of the volatolome (volatile fraction of the metabolome), instead of the reference technique of gas chromatography – mass spectrometry.
During 2023 our research has been focused on:
- Development of computational metabolomics workflows based on advanced statistics and machine learning. We have applied these methods to the discovery of metabolic biomarkers to identify patients at risk after colorectal cancer surgery.
- Computational metabolic biomarker discovery for ventilation therapy needs in COVID patients in intensive care units.
- Optimization of a full workflow for the analysis of Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry (GC-IMS) data, and its implementation in an open source R-package made available for the community.
- Development of a Forced Oscillation Technique apparatus and controlling software for the measurement of the respiratory impedance. The device is controlled by a mobile app, and it has full IoT capabilites (based on Microsoft Azure) for clinician remote access to measurement data. Hardware and Software are open source.
- Development of drones with machine olfaction capabilities for gas source localization and mapping. Our results have shown that nanodrones with proper signal processing can locate sources in indoor scenarios, particularly for chemical sources located above the drone.
- Development of drones with machine olfaction capabilities for outdoor operation aiming to estimate odour concentration as for EN13725 in flight conditions over wastewater treatment plants.
- Development of methods of urine analysis based on GC-IMS.
- Analysis of urine GC-IMS data to develop predictive models of Colorectal Cancer.
Staff
ibecbarcelona.euProjects
| NATIONAL PROJECTS | FINANCER | PI |
|---|---|---|
| TENSOMICS · Development of tensorial signal processing and machine learning tools tailored to the analysis of urine metabolomics (2019-2022) | Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades | Santiago Marco |
| PRIVATELY FUNDED PROJECTS | FINANCER | PI |
|---|---|---|
| Anticipation of respiratory outcomes in ICU COVID-19 patients by metabolic signatures (2021-2023) | Fundació La Marató de TV3 | Santiago Marco |
| FINISHED PROJECTS | FINANCER | PI |
|---|---|---|
| SNIFFDRONE · Drone-based Environmental Odor Monitoring (2019-2020) | EU Commission · Attract Projects | Santiago Marco |
| Analisis de tapones de corcho por espectroscopia de movilidad de iones (2015-2016) | M3C INDUSTRIAL AUTOMATION & VISION, S.L. | Santiago Marco |
| Sensor test for indoor air quality and safety applications (2015-2016) | BSH Electrodomesticos España S.A. | Santiago Marco |
| Preparació i realització d’un curs de processat de senyal per sensors químics de dos dies a BSH Zaragoza (2016-2017) | BSH Electrodomesticos España S.A. | Santiago Marco |
| SMART-IMS Procesado de Señal para Espectroscopia de Movilidad de Iones: Análisis de Fluidos Biomédicos y Detección de Sustancias Tóxicas (2012-2015) | MINECO, I+D-Investigación fundamental no orientada | Santiago Marco |
| Transducción biomimética para olfacción artificial | MINECO, EUROPA EXCELENCIA | Agustín Gutiérrez |
| BIOENCODE Estudio comparativo de la capacidad de codificación de información química de sistemas biológicos y artificiales | MINECO, I+D-Investigación fundamental no orientada | Agustín Gutiérrez |
| SENSIBLE Sensores inteligentes para edificios más seguros (2014-2016) | MINECO, Acciones de Programación Conjunta Internacional | Santiago Marco |
| SAFESENS Sensor Technologies for Enhanced Safety and Security of Buildings and its Occupants (2014-2017) | ENIAC Joint Undertaking | Santiago Marco |
| SIGVOL Mejora de la señal para instrumentación química: aplicaciones en metabolómica de volátiles y en olfacción (2015-2017) | MINECO, Retos investigación: Proyectos I+D | Santiago Marco |
| Computational Metabolomics (2017-2019) | Industrial Project with Nestlé Institute of Health Sciences, Switzerland | Santiago Marco |
| Development of Data Processing Algorithms for Temperature Modulated Sensors | Industrial Project with BSH Electrodomesticos, Spain | Santiago Marco |
Publications
Equipment
- Gas chromatograph/mass spectrometer (Thermoscientific) with robotic head-space sampler
- Gas Chromatograph/ Thermal Conductivity Detector (Thermoscientific) with robotic head-space sampler
- 2 Infusion pumps K-systems
- Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry FlavourspecTM (Gas Dortmund)
- 6 channel vapor generator plus humidity control (Owlstone, UK)
- Ion Mobility Spectrometer: Gas Detector Array (Airsense Analytics GmbH)
- Computing and General Purpose Electronic Instrumentation
- Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometer (Owlstone, UK)
- Corona Discharge Ion Mobility Spectrometer (3QBD, Israel)
- Ultraviolet Ion Mobility Spectrometer (Gas Dortmund, Germany)
- Fast Photo Ionization Detector (Aurora Scientific, Canada)
Collaborations
- Prof. James Covington, Dept. of Electric and Electronic Engineering, University of Warwick, UK
- Dr. Oscar Pozo, Applied Metabolomics, IMIM, Barcelona, ES.
- Dr. Joan R. Masclans, Critical Care Unit, Hospital del Mar, Barcelona, ES.
- Prof. R. Farre, Biofísica Respiratoria i bioenginyeria, IDIBAPS, Barcelona, ES.
- Prof. L. Capelli, Chemical Engineering, Politecnico di Milano, Milano, IT.
- Prof. R. Dellaca, Biomedical Enginering, Politecnico di Milano, Milano, IT.
- Prof. Alessia Amelio, Computer Science & Engineering, Universita degli Studi G. d’Annuncio, Chieti, IT.
- Dr. Radislav Potyrailo, General Electric Research, Schenectady, NY, USA
News
La Bioenginyeria contra la COVID-19 accelera gràcies a “La Marató”
Tres projectes amb contribució de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) rebran finançament de “la Marató de TV3” per investigar diferents aspectes de la COVID19. Gràcies a les aportacions rebudes, els experts aprofundiran en la comprensió de la malaltia i les seves possibles solucions terapèutiques, estudiaran millores en els processos d’atenció a l’pacient, i desenvoluparan un sistema per predir l’evolució de sistema respiratori, i per avançar en el tractament de pacients amb pneumònia derivada de COVID19.
Un dron que millora la gestió de les olors a les depuradores d’aigües
Investigadors de l’IBEC juntament amb l’empresa Depuración de Aguas del Mediterraneo (DAM) desenvolupen un dron capaç de simular el sistema olfactori i de detectar, monitoritzar i identificar les males olors produïdes per les plantes de tractament d’aigües residuals.
DAM i l’IBEC desenvolupen un dron que millora la gestió de les olors a les depuradores d’aigües
L’empresa Depuració d’Aigües de la Mediterrània (DAM) i l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) desenvolupen un sistema proveït de sensors químics que proporciona informació, en temps real, sobre la intensitat i la localització dels focus d’olor en les estacions depuradores d’Aigües Residuals (EDAR). El sistema ha estat calibrat i validat en condicions reals d’operació mitjançant diverses campanyes de mesurament en l’EDAR de Molina de Segura (Múrcia).
L’IBEC desenvolupa un software per al descobriment de biomarcadors
Investigadors internacionals de l’IBEC liderats per Santi Marco desenvolupen un software per al descobriment de biomarcadors en diferents mostres biològiques com l’orina, extractes de sang o cèl·lules. AlpsNMR: una eina R per al sistema de processament espectral automatitzat per metabolòmica basada en RMN, s’ha fet pública en el repositori principal de bioinformàtica “Bioconductor”.
Dissenyat un nanodron capaç de detectar gasos tòxics en situacions d’emergència
Investigadors del grup de recerca Processament de senyals i informació per a sistemes de sensors a l’IBEC, dirigit per Santiago Marco, dissenyen un nanodron que podria identificar gasos tòxics en edificis ensorrats per l’efecte de terratrèmols o d’explosions. El nou aparell, que pesa 35 grams, també podria ser útil per detectar la presència de víctimes en espais tancats i de difícil accés. Detectar gasos perillosos en edificis esfondrats per terratrèmols o explosions i, fins i tot, identificar la presència de possibles víctimes en llocs difícilment accessibles són alguns escenaris d’acció de l’smelling nanoaerial vehicle (SNAV), un nanodron que han dissenyat i desenvolupat els investigadors Santiago Marco i Javier Burgués, de la Facultat de Física de la Universitat de Barcelona i de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).
Santiago Marco es nomenat nou vicepresident de la International Society for Olfaction and Chemical Sensing
Santiago Marco, investigador principal del grup de Processament de senyals i informació per a sistemes de sensors a l’IBEC, ha estat recentment nomenat com a nou vicepresident per als pròxims dos anys de la “International Society for Olfaction and Chemical Sensing” (ISOCS) durant l’assemblea general celebrada a l’”International Symposium on Olfaction and Electronic Nose Conference” (ISOEN) a ACROS, Fukuoka, Japó. La ISOCS es va fundar el maig de 2008 per la “Network of Excellence General Olfaction and Sensing Projects on a European Level” (GOSPEL), la xarxa Europea d’Excelència en olfacció artificial, a més a més, Santiago Marco n’és un dels seus membres fundadors.
Col·loca’m!
El grup Signal and Information Processing for Sensing Systems ha descobert una nova tècnica analítica que es pot usar per mesurar els cannabinoides en plantes i tabac. Treballant amb la Universitat de Còrdova, el grup del Santiago Marco va abordar les limitacions de les tècniques analítiques actuals utilitzades per determinar els cannabinoides en les plantes Cànnabis sativa L., que en la seva majoria es basen en la cromatografia – que implica la separació dels components d’un fluid.