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
Predoctoral position at the Signal and Information processing for Sensor Systems Research Group
Ref: Predoctoral / Deadline: 15th August 2022
SNIFFDRONE en los medios
El proyecto SNIFFIRDRONE, en el que participan investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), aparece en los medios con el objetivo principal desarrollar un sistema basado en drones que … Read more
Detectar infecciones pulmonares en el aliento
Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña, liderados por Santi Marco, aparecen en los medios por validar, junto con el Hospital Clínic de Barcelona, una nueva tecnología que analiza el aliento de pacientes y diagnostica con un elevado grado de precisión quiénes padecen infecciones pulmonares por P. aeruginosa.
Santi Marco analiza el olor de la nieve en la prensa
Santiago Marco, líder de grupo del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), aparece en el diario «El Español» explorando las razones científicas por las que la nieve puede tener olor.
Detecting lung infections with breath analysis and machine learning
IBEC researchers, together with clinicians from Sant Pau Hospital and Hospital Clinic in Barcelona, use “electronic noses” and machine learning to analyse the breath of patients, identifying with high accuracy those with lung infections of P. aeruginosa, a multidrug resistant pathogen. This method could represent a non-invasive and efficient tool to diagnose and monitor patients with a bacterial lung infection, offering a faster alternative to standard sputum cultures.
La nariz electrónica de un dron detecta el hedor de plantas de aguas residuales
Investigadores de España han diseñado una nariz electrónica portátil (e-nose) que es prácticamente tan afilada como una nariz humana para olfatear el hedor de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Junto con un dron, la e-nose puede medir la concentración de diferentes olores, predecir la intensidad del olor y producir un mapa de olores en tiempo real de la planta para su manejo. El método desarrollado fue publicado el 16 de noviembre en la revista iScience.
Olfato artificial para controlar la calidad de los alimentos
Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) en colaboración con la Universidad de Córdoba, han publicado recientemente un estudio en el que desarrollan protocolos que optimizan la utilización de una técnica capaz de analizar, a nivel molecular, las sustancias presentes en el aroma de alimentos, logrando diferenciar muestras de jamón de cerdos ibéricos alimentados con bellota o con pienso. Este nuevo enfoque, que utiliza inteligencia artificial para analizar los datos, simplificará el análisis de aromas, y los datos generados se podrán utilizar para determinar la trazabilidad y calidad de los alimentos, y luchar contra el fraude.
La Bioingeniería contra la COVID-19 acelera gracias a “La Marató”
Tres proyectos con el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) recibirán financiación de “la Marató de TV3” para investigar diferentes aspectos de la Covid-19. Gracias a las aportaciones recibidas, los expertos profundizarán en la comprensión de la enfermedad y sus posibles soluciones terapéuticas, estudiarán mejoras en los procesos de atención al paciente, y desarrollarán un sistema para predecir la evolución del sistema respiratorio, y avanzar en el tratamiento de pacientes con neumonía derivada de COVID19.
DAM y el IBEC desarrollan un dron que mejora la gestión de los olores en las depuradoras de aguas
La empresa Depuración de Aguas del Mediterráneo (DAM) y el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) han desarrollado un sistema provisto de sensores químicos que proporciona información, en tiempo real, sobre la intensidad y la localización de los focos de olor en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR). El sistema ha sido calibrado y validado en condiciones reales de operación.
IBEC desarrolla un software para el descubrimiento de biomarcadores
Investigadores internacionales del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) liderados por Santi Marco desarrollan un software para el descubrimiento de biomarcadores en diferentes muestras biológicas como la orina, extractos de sangre o células. AlpsNMR: una herramienta R para el sistema de procesamiento espectral automatizado para metabolómica no dirigida basada en RMN se ha hecho pública en el repositorio principal de software abierto de bioinformática: el Bioconductor.
Jobs
Research Assistant at the Signal and Information Processing for Sensing Systems Research Group (RA-SM2)
Ref: RA-SM2. // Deadline: 31/10/2023
Research Assistant at the Signal and Information Processing for Sensing Systems Research Group (RA-SM)
Ref: RA-SM // Deadline: 30/06/2023
Research Assistant at the Signal and Information Processing for Sensing Systems Lab (LT-SM)
Ref: LT_SM // Deadline: 22/03/2023
Predoctoral position at the Signal and Information processing for Sensor Systems Research Group
Ref: Predoctoral / Deadline: 15th August 2022