Laboratorium
Laboratorium Tomografii i Spektroskopii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (LaTiS)
W dniu 24 czerwca 2015 oficjalnie zostało otwarte Laboratorium Tomografii i Spektroskopii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (Rysunek) na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie.
Laboratorium powstało według koncepcji Artura. T. Krzyżaka oraz funduszy dwóch projektów finansowanych przez NCBiR na podstawie umów: STRATEGMED2/265761/10/NCBR/2015 pod tytułem Regeneracja uszkodzeń niedokrwiennych układu sercowo-naczyniowego z wykorzystaniem Galarety Whartona oraz PBS2/A2/0/2013, pod tytułem Opracowanie innowacyjnej metody wykorzystującej zjawisko Magnetycznego Rezonansu Jądrowego oraz jej zastosowanie do estymacji parametrów petrofizycznych skał łupkowych, terygenicznych i węglanowych z formacji naftowych Polski.

Laboratorium LaTiS
Mieści się w budynku A-0 Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie – historycznej kolebce AGH. Zlokalizowane jest w niedalekiej odległości od miejsca, gdzie w 1953 roku przy ul. Gołębiej dokonano pierwszej w Polsce rejestracji sygnału MRJ/NMR. Ten przełomowy eksperyment przeprowadzili Andrzej Hrynkiewicz, Jacek Hennel i Olgierd Daszkiewicz, zapoczątkowując rozwój spektroskopii MRJ/NMR w kraju. W 1986 roku prof. Andrzej Jasiński skonstruował pierwszy w Polsce tomograf rezonansu magnetycznego, rozpoczynając krajowe prace nad tomografią MRJ/MRI.
W Laboratorium kontynuujemy tę krakowską tradycję badań spektroskopowych i tomograficznych. Kierownikiem Laboratorium jest prof. dr hab. Artur T. Krzyżak, doktorant prof. Jasińskiego, którego pracę doktorską recenzował również prof. Jacek Hennel, pionier badań nad metodami MRJ.

Mapa rozkładu czasów T1-T2 próbki łupkowej z odwiertu Tępcz-1: suchej, saturowanej, różnicowej; przykładowe wyniki map T1-T2 dla skał o strukturze nanoporowej (łupki), które pozwoliły na odtworzenie realnej struktury porów podczas pomiarów skał łupkowych z odwiertu Tępcz-1.
Możliwości badawcze
- Badania Laboratorium LaTiS koncentrują się na aspektach teoretycznych i aplikacyjnych dotyczących wykorzystania zjawiska Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (MRJ) i metod komplementarnych w biomedycynie, geofizyce i geologii, chemii i inżynierii materiałowej do badania systemów porowatych. W szczególności dotyczy to obrazowania dyfuzji cząsteczek wody w obecności heterogenicznych gradientów pola magnetycznego z wykorzystaniem technik takich jak DWI, DTI, BSD-DTI, jak również badania populacji protonów (1H) w różnych układach porowatych w wysokich i niskich polach magnetycznych z zastosowaniem technik relaksometrii spinowo-sieciowej, T1 i spinowo-spinowej, T2.
- Prowadzimy szeroką gamę badań dotyczących materiałów porowatych spotykanych w biologii, medycynie, geologii i inżynierii materiałowej. Specjalizujemy się w badaniach MRJ w niskim polu magnetycznym, a także w bardzo wysokim gradiencie pola magnetycznego. Prowadzimy również badania kliniczne w ramach współpracy z ośrodkami i laboratoriami wyposażonymi w skanery kliniczne oraz przedkliniczne działające w wysokim i bardzo wysokim polu magnetycznym. Zajmujemy się także analizą i integracją wyników otrzymanych z badań MRJ z danymi pochodzącymi z wykorzystania innych metod fizycznych, takich jak mikrotomografia CT, porozymetria rtęciowa, etc.
- W ramach prac badawczych analizujemy porowatość i przepuszczalność materiałów, a także prowadzimy prace z zakresu obrazowania przestrzeni porowej. Zajmujemy się ponadto kompleksową analizą dyfuzji molekuł wody (posiadamy patenty międzynarodowe dotyczące kalibracji skanerów MR w obecności niejednorodnych gradientów pola magnetycznego) oraz czasów relaksacji T1, T2 (z uwzględnieniem procesów wymiany chemicznej i dyfuzyjnej, a także w obecności gradientów indukowanych). Mamy doświadczenie zarówno ze skałami zbiornikowymi (łupki, piaskowce, węglany), jak również z innymi, naturalnymi i syntetycznymi, materiałami porowatymi o szerokim spektrum rozmiaru porów (mikropory < 2nm, mezopory 2-50 nm, makropory > 50 nm), takimi jak hydrożele, zeolity czy tkanki biologiczne.
Podejmujemy się badań biomedycznych, petrofizycznych i materiałowych
W naszym zespole pracują osoby o zróżnicowanym wykształceniu, obejmującym fizykę, bioinżynierię, petrofizykę, geologię, geofizykę i chemię
Dyfuzja i obrazowanie
- Metoda badania współczynników i tensora dyfuzji w eksperymentach DWI i DTI również za pomocą BSD-DTI (chroniona patentami w US, JP, EU: PL, GER, GB, FR).
- Algorytmy BSD-DTI – do analizy i wizualizacji współczynników i tensora dyfuzji.
- Schemat oceny natężenia przepływu płynów przez przestrzeń porową bazujący na obrazowaniu dyfuzyjnym SE-DWI 2D.
- Prace nad rozwojem metod MRJ do badań biomedycznych: diagnostyka mózgu, mięśnia sercowego, naczyń wieńcowych, wątroby, parametryzacja stanu komórek macierzystych z krwi pępowinowej in vitro i in vivo.
Geologia i osady
- Powiązanie badań NMR do czynników geologicznych, w tym sedymentacyjnych.
- Badanie relacji pomiędzy geometrią porów a czynnikami diagenetycznymi i zdolnościami zbiornikowymi skał osadowych.
- Badanie dynamiki wody w układach o rozmiarze porów < 1 µm.
- Oprogramowanie do odwrotnej transformaty Laplace’a (Inverse Laplace Transform, ILT) – własne algorytmy do ILT.
- Metoda charakterystyki wąskich przestrzeni porowych dzięki wykorzystaniu obrazowania w wysokim polu magnetycznym, profilowania T2 i obrazów mikrotomograficznych.
Innowacje w analizie porów
- Opracowywanie własnych, innowacyjnych rozwiązań do analizy systemów porowatych:
- Metoda precyzyjnego określania porowatości w pełnym zakresie (również nanoporowatości) oraz jej typów (dla łupków, skał krzemianowych i skał typu „tight”) uwzględniająca i eliminująca sygnały pochodzące od matrycy, grup OH, materii organicznej, minerałów ilastych.
Obrazowanie i porowatość
- Obrazowanie przestrzeni porowej skał i materiałów porowatych (2D oraz 3D).
- Obrazowanie dyfuzyjne (obrazowanie ważone dyfuzyjnie - DWI, obrazowanie tensora dyfuzji – DTI, obrazowanie tensora dyfuzji w polach niejednorodnych - BSD-DTI).
- Określanie porowatości z użyciem minimalnego czasu echa 40 µs i bardzo niskiego pola 0,05T.
- Wyznaczenie PSD w pełnym zakresie porowatości z uwzględnieniem wpływu oddziaływań powierzchniowych oraz dyfuzji.
Struktura i przepuszczalność
- Określanie porowatości w cienkich warstwach o grubości nawet kilku mm.
- Określanie rozkładu wielkości porów z możliwością symulacji ciśnienia złożowego.
- Estymacja przepuszczalności.
- Rozpoznanie rodzaju płynów wypełniających przestrzeń porową dzięki wykorzystaniu mapowania T1-T2 oraz badaniom dyfuzyjnym D-T2.
Analiza płynów i indeksów
- Określanie stopnia związania płynów w próbce na podstawie analizy energii desorpcji uzyskanej z eksperymentów korelacyjnych T1-T2.
- Określanie profili nasycenia przestrzeni porowej.
- Wyznaczanie indeksu wodorowego i zawartości wody wolnej, kapilarnej i związanej w minerałach ilastych czy materii organicznej.
Aparatura
- Spektrometr Magritek Rock Core Analyzer (2 MHz) z systemem dyfuzyjnym, dedykowany do badań układów porowatych, w szczególności skał łupkowych i typu „tight”.
- Tomograf Magritek (24 MHz) umożliwiający wykonywanie kompletnych eksperymentów tomograficznych 1-3D.
- Przystawka rock core pressure system – do pomiarów w symulowanych warunkach ciśnienia pozwalająca na badanie próbek przy ciśnieniach do 6000 psi (~41.4 MPa) i temperaturze do 150°C.
- Specjalistyczne urządzenie NMR-Mouse (22 MHz) umożliwiające badanie obiektów w obecności wysokich pól gradientowych (24 T/m) i rozdzielczości do 10μm.
- Suszarka próżniowa.
