PROFIL BADAWCZY

Badania grupy Systemy Porowate koncentrują się na aspektach teoretycznych i aplikacyjnych dotyczących wykorzystania zjawiska Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (MRJ) i metod komplementarnych, w geofizyce i geologii, biomedycynie, 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 struktury porowej skał i innych materiałów porowatych spotykanych w biologii, medycynie i inżynierii materiałowej. Specjalizujemy się w badaniach MRJ w niskim polu magnetycznym, a także w bardzo wysokim gradiencie pola magnetycznego. Prowadzimy również aktywną współpracę z 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 rentgenowska (μCT), porozymetria rtęciowa, reologia.

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 MRJ 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 < 2 nm, mezopory 2-50 nm, makropory > 50 nm), takimi jak hydrożele, zeolity czy tkanki biologiczne.

Podejmujemy się badań petrofizycznych, biomedycznych i materiałowych.

Badania prowadzimy w wyspecjalizowanym laboratorium tomografii i spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (LaTiS), działającym przy Katedrze Surowców Energetycznych WGGiOŚ AGH.

W naszym zespole pracują osoby o zróżnicowanym wykształceniu, obejmującym fizykę, petrofizykę, geologię, geofizykę, chemię i bioinżynierię.

 

KOMPETENCJE

Określanie parametrów systemów porowatych (skały, hydrożele, polimery, tkanki biologiczne)

• Porowatości z użyciem relaksometrii T2 z minimalnym czasem echa 40 µs w bardzo niskim polu 0,05 T.
• Porowatości w cienkich warstwach o grubości nawet kilku mm.
• 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.
• Stopnia związania płynów w próbce na podstawie analizy energii desorpcji uzyskanej z eksperymentów korelacyjnych T₁-T₂.
• Profili nasycenia przestrzeni porowej.
• Indeksu wodorowego i zawartości wody wolnej, kapilarnej i związanej np. w minerałach ilastych czy materii organicznej.
• Obrazowanie przestrzeni porowej 2D oraz 3D.
• Obrazowanie dyfuzyjne (obrazowanie ważone dyfuzyjnie - DWI, obrazowanie tensora dyfuzji- DTI).
• Opracowywanie własnych, innowacyjnych rozwiązań do analizy systemów porowatych np:
• 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.
• Oprogramowanie do odwrotnej transformaty Laplace’a (ang. Inverse Laplace Transform, ILT) – własne algorytmy do ILT 1D i 2D.
• Program BSD-DTI – do analizy i wizualizacji współczynników i tensora dyfuzji wraz z funkcjonalnością zoptymalizowaną do analizy badań mięśnia sercowego.
• 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).
• Schemat oceny natężenia przepływu płynów przez przestrzeń porową bazujący na obrazowaniu dyfuzyjnym SE-DWI 2D.
• Metoda charakterystyki wąskich przestrzeni porowych skał dzięki wykorzystaniu obrazowania w wysokim polu magnetycznym, profilowania T₂ i obrazów mikrotomograficznych.
• Sposób rozpoznania nieregularnej porowatości typu „vug” na podstawie FFI, BVI i CBW oraz charakterystyki widma relaksacyjnego T₂.

Prowadzenie badań interdyscyplinarnych

• Korelacja badań NMR z czynnikami geologicznymi, w tym sedymentacyjnymi.
• Badanie relacji pomiędzy geometrią porów a czynnikami diagenetycznymi i zdolnościami zbiornikowymi skał osadowych.
• Badania struktury wewnętrznej materiałów konstrukcyjnych, w tym kompozytów, analiza mikrospękań, szczelin krytycznych, mikroporowatości odspojeniowej.
• Prace nad rozwojem metod MRJ do badań biomedycznych: diagnostyka mięśnia sercowego
  i naczyń wieńcowych, parametryzacja stanu komórek macierzystych z krwi pępowinowej in vitro i in vivo.
• Analiza krzywych porozymetrycznych w funkcji rozmiarów porów i/lub ciśnienia: dystrybucja średnic porów, rozkład powierzchni właściwej porów, kształt porów.
• Badanie dynamiki wody w układach o rozmiarze porów < 1 μm.
• Badania reologiczne polimerów i hydrożeli. 

SPRZĘT

 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).
• Specjalistyczne urządzenie NMR-Mouse(22 MHz) umożliwiające badanie obiektów w obecności wysokich gradientowych pola magnetycznego (24 T/m) i rozdzielczości do 10 μm.
• Suszarka próżniowa.
• Tomograf uCT dwulampowy GE, model Ytomex m300
• Porozymetr rtęciowy AutoPore IV 9520 Micromeritics - analiza średnic porów w zakresie od 0,003 do 500 μ

Lista wybranych publikacji i patentów