Soutěž projektu SPOLEČNĚ PRO VÝZKUM, ROZVOJ A INOVACE PŘIHLÁŠKA DO SOUTĚŽE ÚDAJE O SOUTĚŽÍCÍM / SOUTĚŽNÍM TÝMU Jméno a příjmení soutěžících (do závorky za jméno a příjmení uveďte datum narození): Jméno a příjmení vedoucí/ho týmu: Adresa bydliště vedoucí/ho týmu: Jan Zítka (23.3.1993) Jan Zítka ořetická 19, 628 00 rno Korespondenční adresa vedoucí/ho týmu (liší-li se od adresy bydliště): E-mail vedoucí/ho týmu: Zemědělská 1/1665, 613 00 rno udova D zitka12@gmail.com Telefon na vedoucí/ho týmu: 724 174 560 Název a adresa školy/škol, na nichž studují soutěžící: Vysoké učení technické v rně, Technická 10, 616 00 rno-královo Pole SOUTĚŽNÍ NÁVRH KATEGORIE soutěže (nehodící se škrtněte) Experiment v oblasti biosenzoriky Technické řešení subsystémů stratosférické platformy Úplný název experimentu, pokusu, aparatury, měření apod.: Multi-Analysys of Damage DNA
Zkratka názvu: Stručný popis experimentu, pokusu, aparatury, měření apod. (maximálně 600 znaků): MAD-DNA Experiment bude vyhodnocovat poškození DNA na základě nových biochemických poznatků, spektrální a fotometrickou metodou. Vzorek obsahuje vhodnou molekul pro pozorování škodlivých vlivů záření na člověku, jako je DNA. Ve spojení s kvantovými tečkami má vhodné parametry pro detekci míry poškození konvenčními metodami měření. Ty, které jsou uplatněny v našem experimentu jsou fluorescence a absorbance. Stratosféra je pro vyzkoušení takového zařízení ideální. Jelikož uplatnění takového zařízení by bylo právě v prostředí, ve kterém je zvýšená radiace a výskyt vysokoenergetických částic z vesmírů. Experiment je navržen tak aby kontinuálně během letu snímal data z fluorescenční a absorpční části, vyhodnocoval je a posílal na zem. Řízení experimentu je automatické s možností částečného ovládání se země. Vzorky jsou uloženy v nádobce, která je UV transparentní a vzduchotěsná. Šest nádobek je pak umístěno v karuselu. Mezi vzorkem a vnějšímu prostředím je stínící materiál. Jsou naplánovány tři druhy vzorku, takže ke každému typu vzorku budou dva stínící materiály. Jeden, který propustí vše i část UV a druhý který má vyšší hustotu a je netransparentní takže nám bude udržovat vzorek jako referenční tedy vzorek by se neměl změnit vlivem radiace. Na jedné straně nádobky se vzorkem u stínícího materiálu je uložena LED, která je zdrojem pro absorpční měření. Kabeláž k LED je provedena drážkou v karuselu do středu osy, která kabely vyvede do vnitřní části sondy, Zde jsou přítlačné kontakty, které napájí LED(je důležité snížit přechodový odpor na kontaktech pro správné napájení LED). Osa karuselu je uchycena v ložisku, které je ve vnitřní části experimentu a v stínícím srpku který je na vnější čísti sondy. Je z teflonu (nebo z jiného materiálu, který nevede teplo) aby se neodebíralo teplo z vnitřní části sondy a nezamrzlo ložisko. Karusel odděluje od vnitřní části sondy přepážka, která má tři otvory. Jeden je pro ložisko a osu. Druhý otvor je pro připojení optického vlákna, které má tři vlákna 500um z UV transparentního materiálu. Třetí otvor je pro snímání polohy karuselu, aby vlákno mířily přímo na stěnu nádobky se vzorkem. Tolerance je 0,2 mm proto je pohon otáčení karuselu z převodován na sílu a je nutné, aby karusel neměl vůli. Snímání polohy je pomocí enkodéru na karuselu a
kombinace diody s fotosenzorem umístěné v přepážce. Ve vnější části je na přepážce umístěn držák pro převodní ozubení od pohonu a uchycení závitových tyčí, na kterém je umístěna detekční a řídící jednotka sondy. Kvůli tomu aby karusel mířil spíše na horní polovinu obzoru je karusel oproti řídící části o 15 nakloněn. Toto naklonění je realizováno na tomto dílu. Detekční část je opticky spojená bifurkačním kabelem. Ten má tři větve. První větev vede z části, kde jsou uloženy tři LED a tři filtry pro excitační záření fluorescence pro tři typy vzorků. Druhá větev vede do emisní části fluorescenčního měření, kde jsou tři filtry a fotonásobič. Třetí část vede do absorpční části. Zde je difrakční odrazová mřížka, která rozptýlí světlo na lineární kameru. Ta zaznamená intenzitu záření na dílčích vlnových délkách světla. Díly pro rozložení, upevnění a i pro pohyblivé části je vyroben z větší části na 3D tiskárně, díky které rychle a levně okážeme experiment sestavit. Karusel a dva další jsou vyrobeny z duralu, který má větší hustotu než plast a tudíž udrží vzorky více nepoškozené vůči jinému směru, který chceme sledovat, dural také lépe vede teplo a tím se nám lépe bude stabilizovat vnitřní teplota v sondě. O řízení letu, komunikaci se zemi a snímání dalších potřebných veličin se bude starat letový počítač Julo-X, který je ukotven experimentu na horní části obalu (spodní části Jula) pomocí závitových tyčí. Julo, bude zaznamenávat radiaci pomocí GMT, UV záření, polohu experimentu vůči slunci, množství energetických částic a jejich kvantifikaci pro časové úseky pomocí senzoru Timepix a další pomocné hodnoty (teplota, tlak, vlhkost). Řízení experimentu má na starosti řídící jednotka, která komunikuje s JULO přes sériovou komunikaci. Popis dat, která by měl experiment, pokus, aparatura, měření apod., přinést (maximálně 400 znaků) 1 : Data budou v závislosti na čase i na výšce. ude nás zajímat fluorescence vzorku tedy úroveň intenzity světla, které bude emitováno v určité vlnové délce po excitaci LED zdrojem na definované vlnové délce a definovaným optickým výkonem (neměnný). Absorpční spektrum vzorku. Zde budeme svítit na vzorek světlem o co největším pokrytí všech vlnových délek světla a budeme sledovat pokles intenzity světla na určitých částech spektra.
Z fluorescence vzorků bychom měly vidět rozdíl mezi referenčním vzorkem. Nárůst intenzity signálu by měl být větší. Zároveň citlivost senzoru by oproti předchozímu experimentu měla být větší a bude možnost porovnat s dalšími druhy vzorků a ze spekter z absorpčních měření všech vzorků. Z měření radiace získáme profil intenzity gama záření při letu a budeme moci přirovnat pro jednotlivé časové úseky. Pro lepší představu o radiaci a výskytu vysokoenergetických částic jsou potom výsledky ze senzoru Timepix, který zaznamenává obrazy energii které tyto čátice při průchodu senzorem zanechají a tím i jejich traektorii. UV senzor bude během letu zaznamenávat hodnoty intenzity záření, kterému je vystaven vzorek. Tyto hodnoty pote se integraci zjistí se nárůst UV záření v závislosti na výšce. Výsledkem experimentu by mělo být závislosti absorpčních spekter a fluorescence stíněných a nestíněných vzorků v porovnání s výškou, intenzitou UV, počtem a typem vysokoenergetických částic, radiací a směrem vůči slunci. Předpokládaná hmotnost [g]: 2200 Předpokládané rozměry [mm]: Do přílohy můžete přiložit nákres, náčrt, schéma aparatury, experimentu, zařízení (pokud ano, prosím uveďte to v této rubrice včetně počtu stran, listů, souborů apod.): 150x150x200 Jedna příloha obrázků modelu experimentu (3 strany) DOPLŇUJÍCÍ ÚDAJE Soutěžní formulář vyplnily (jméno a příjmení): Jan Zítka Jan Mikulášek Datum odeslání Soutěžního formuláře: Počet příloh Soutěžního formuláře: 1 12. 3. 2015
Příloha experiment MAD-DNA (pozn.: ve schématu není spektrální měření, řídící jednotka, zadní kryt, baterie a Julo-X) Sestava experimentu bez Jul-X(upevnění na horní rovině) A Zadní pohled na sestavu. (A)Karusel přední kryt(as), ()vnější kryt experimentu(as)
A C D Sestava pohled zezadu.(a) otvor pro snímání pozice enkodéru(dural), ()excitační část místo pro 3LED a filtry(dural+as), (C) Posuv pro výměnu 3 filtrů pro měření fluorescence(as), (D) fotonásobič pro měření fluorescence A C D E Karusel pohled do vnitřní části sondy. (A) Nádoba se vzorkem(uv transparent plast), () materiál pro stínění(dural nebo sklo), (C) ložisko, (D) dutá teflonová osa, (E) HASMA propojka pro optické vlákno
A Pohled na detekční část připojenou ke karuselu. (A) Enkoderové černé pásky pro snímání polohy karuselu, () převod z servomotoru na osu karuselu. A Uložení pro stínění vzorků.(a) upevnění stínění a vzorku pomocí imbus šroubků.