全國中小學科展

第53屆--民國102年

那些年,我們一起分解的氨氮-微生物處理廢水氮化物之探討

鑒於氨氮會消耗水中溶氧,造成水質惡化、危害水域生態,且政府將逐步管制廢水的氨氮含量,處理氨氮的技術日益重要。去除氨氮的方法有物理、化學及生物法,但物理、化學法成本高且有二次汙染的風險,因此本實驗希望找到能有效分解廢水中氨氮之菌種。採取可口可樂工廠的七池汙水,以高氨氮培養基篩出七種細菌(RW、ST、ET、BA、BS、SR、CA),並挑選出三種氨氮分解效率最佳的細菌(RW、ST、ET)。進一步發現其能有效降低廢水中氨氮,並減少氨氮廢水對水中動植物的危害。因此,我們認為RW、ST、ET能有效處理廢水中的氨氮並減緩氨氮對於環境的危害。

MRI傳奇~鐵、綠茶、顯影劑

在過去,人們對於「鞣酸亞鐵」的使用,僅止於墨水的製作。對於服用鐵劑來補充亞鐵離子的病人而言,茶類飲料更是一大禁忌;因為茶類飲品中的鞣酸會與亞鐵離子結合形成「鞣酸亞鐵」的沉澱,使得人體無法獲得亞鐵離子的補充。而如今,因為使用在MRI顯影劑的釓離子(Gd3+),會造成病人腎因性全身纖維病變,於是我們試著將「鞣酸亞鐵」變身成為新一代的MRI顯影劑。我們利用亞鐵離子與釓離子同樣因具有多個未成對電子(價電子組態Fe2+:3d6,Gd3+:4d7 ),而有強順磁性的特性,再加上日常生活中常見的綠茶,來製作新的MRI顯影劑。這個想法不僅符合現代「綠色化學」的環保概念要求,而我們所得到的成果,更是在MRI的顯影上有著意想不到的絕妙效果。

腳踏車BBS系統

本研究為一種具有煞車分配器之腳踏車煞車結構,其包括:1.煞車分配器2.左煞車鋼索3.右煞車鋼索4.後煞車鋼索及前煞車鋼索,其中煞車分配器具有兩個半圓柱體、圓筒、上圓蓋及下圓蓋。本煞車系統不管先煞那一邊的煞車,都可有效的控制前後煞車,並且一律先對後輪進行煞車作動,大大降低了人為或誤動所導致的危險,使騎乘者能保有較高的安全性,其中並加裝彈簧,作為ABS作動構件。

動靜之間-瘤蜷的行為習性探討

在校園水生池發現一顆顆的黑點點,經圖鑑比對發現是瘤蜷。瘤蜷的外形特徵是螺殼有顆粒狀螺肋,常見螺長約1-3cm。瘤蜷是台灣優勢的淡水螺,也是水質的「指標生物」之ㄧ。我們調查社區的森林公園水生池、植物園水生池都發現數量較多的瘤蜷;但新整建完成的濕地公園生態池旁,卻發現有許多乾掉的螺殼,池中沒發現瘤蜷。我們觀察瘤蜷的行為習性,發現瘤蜷喜歡棲息在乾淨的水域;運動方式主要為爬行和漂浮,流線型螺殼、顆粒狀螺肋及改變螺殼攻角讓牠們更適應水流;縮入殼內、鑽入泥沙及殼色與棲地相似,是常見的自我保護方式。我們也發現飼養的瘤蜷有跟隨爬行的行為,實驗發現加入隊伍方式、光照、空間、水深、水溫及底質都會影響瘤蜷跟隨爬行的行為。

一筆畫、分組-一點都不少

因為千元大鈔的誘惑以及班上象棋比賽的關係,我們開始研究點和點之間的關係,並把研究結果應用在日常生活之中。我們發現了將點一筆畫走完的方法,也知道了如何分組才能每個人都互相比賽到,而且這兩者之間有緊密的關係。最後,我們試著找出跳棋比賽的分組賽程,利用點一筆畫的發現,我們找到了比較有效率的辦法。

振盪藍色小精靈

『藍瓶反應』以亞甲藍從藍色(氧化)←→無色(還原)瞬間的變化令人稱奇。從現有的資料我們已知藍瓶反應中,會變色是因為有可以繼續氧化的官能基,在其官能基附近有拉電子基的存在,所以能夠產生顏色變化。架設好實驗設施後,我們改變搖晃頻率,希望尋找出最佳的搖動頻率。反應時使用LED(白光)對實驗分析採集器的光感應器照光,來觀察光度變化量與反應時間。我們利用此實驗裝置可以準確的得到,藍瓶反應在不同質量下的葡萄糖、不同濃度的氫氧化鈉、不同體積的亞甲藍、不同溶氧量反應時的反應速率定律式,而我們最後實驗所得的反應速率定律式: R=k[C6H12O6]-2[NaOH]1[O2]2。利用改變溫度下的條件求得活化能。最後使用刃天青來進行紅瓶反應,比較藍瓶與紅瓶反應的差異。

綠色寶笛

實驗發現,寶特瓶的開孔總面積越大,聲音越高,與陶笛發聲原理相似。我們自製各開孔工具,仿照直笛指法在瓶上開孔,找出頻率(X)與總開孔面積(Y)的公式: (1)標示600 ml透明寶特瓶開孔公式:y = 0.00005x2 - 0.0174x + 3.3838 (2)標示580 ml霧面寶特瓶開孔公式:y = 0.000142x2 - 0.0627x + 9 (3)標示2000 ml透明寶特瓶開孔公式:y = 0.00004x2 + 0.0131x - 2.3964 公式適用範圍: (1) 寶特瓶正立或倒立皆可,指孔需打在氣孔下方,瓶蓋開口需在氣孔上方。 (2) 波爾公式適用330 ml~700 ml(準確到So)的透明寶特瓶。 (3) 波爾公式適用音域從4C~5E。我們向同學收集寶特瓶,套用公式精準開孔,容量、材質、形狀不同,也可做出音程相同的寶特瓶笛,同學拿到都能馬上拿來吹奏曲子,成功地讓回收桶裡的寶特瓶變身為可演奏樂曲的綠色寶笛!

芳賀第二定理的延伸及其形成線段數值的數字變化方式

由芳賀和夫所提出的「芳賀第二定理」做延伸,求出當DF數值為√2-1時,G點和A點將會重合。接著,求出當G點在AB上時,FA+AG、GH、HB、四邊形AGJF、△GHJ、四邊形HBCJ的一般式和AG:GH:HB的比例式;以及當G點在AD上時,GF、GA+AH、HB、△GJF、四邊形AHJG、四邊形HBCJ的一般式和AG:AH:HB的比例式。最後,利用線段的一般式求出數值後,分別以n/2、n/3、n/4、……、n/m (m和n為正整數且n<m)為一組,觀察數值中分母和分子數字的變化方式並証明。(參考圖請見圖2)

斑馬魚上的CAG重複序列疾病模式與研究

為了調查polyQ在疾病中的病理機制與對發育的影響,本研究將擴增的CAG重複序列插入EGFP基因的編碼區內,以神經元專一性表達的HuC啟動子來驅動表達,建構含有Tol2轉位子元素的基因載體,再將此載體與轉位酶cRNA注射至受精卵中,製造出基因轉殖魚。目前已獲得不含重複序列(Q0,對照組) 及含有110次重複 (Q110,實驗組)的轉殖魚(F0),正在篩選第一代轉殖魚(F1)以建立穩定傳代的品系。除了觀察胚胎綠螢光的呈現,我也使用PCR、RT-PCR等方式檢查EGFP基因的表現。在外觀上,Q110並無明顯變異,但是會出現觸碰反應遲鈍及繞圈泳動等異常的運動行為。未來我將針對Q110轉殖魚子代進行更多病理分析,包括是否形成蛋白聚集和造成神經細胞凋亡等,以確定此轉殖魚模式可模擬人類polyQ疾病。

「聚」「金」「費」神

目前工業中使用之費頓法分解物質後,通常會留下大量鐵汙泥需待處理汙染,為了避免這個情形發生,故我們搜索一些能夠吸附鐵離子材質,如PAA、PVA、γ-PGA等三種市面上常見的金屬吸附劑,期望藉由吸附材質與金屬離子之螫合反應,能達到重複利用,解決鐵汙泥之問題。本實驗首先將這三種藥品初步試驗,發現PAA及γ-PGA吸附鐵離子後對於亞甲藍的褪色效果良好。我們便逐步篩選出反應速率最佳之條件。結果顯示:現針對單一吸附材料而言,PAA在濃度10-1M的Fe2+與10-3M HCl中能有最高的效率;而對r-PGA而言,在濃度10-2M的Fe3+與10-3M HCl中能有最高的效率。相較於使用單一種吸附材料,我們發現PAA對Fe2+及r-PGA對Fe3+有相當好的吸附能力,而且費頓反應在進行時,也會進行Fe2+及Fe3+離子的轉換。因此,我們透過兩者依不同比例混合後,發現能更有效的吸附兩種金屬離子,使其反應會更加迅速,其中以PAA:γ-PGA=7:3的比例效果最佳。