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高級中等學校組

血跡檢測-色素替代試劑與現行酚酞法之比較

血跡試劑通常利用氧化還原反應,檢測樣品當中是否含有血紅素,現行卡斯特-梅爾呈色試劑成分為還原酚酞,並以肉眼判讀試劑是否由無色變為粉紅。因其呈色易與血液樣品混淆,本研究改用Python、OpenCV、numpy進行試劑呈色之飽和度分析,輔助判讀試劑變色變化,並以食用色素靛藍、亮藍取代酚酞,製備顏色變化不同的血跡檢測試劑。結果顯示還原亮藍顏色無明顯變化,而還原靛藍則可取代還原酚酞進行血跡鑑定,且試劑顏色判讀為紅色變為黃色或無色,不易與樣品混淆。在反應速率測試中,還原酚酞與酒精以體積1.5:1混合;還原靛藍與酒精以體積1:1.5混合,試劑靈敏度最佳,偵測極限分別可達10-4與10-3的血跡樣品濃度。

大「逆」不道 —— 局部逆境下植物體內傳訊與物質分配機制

植物一葉片受到逆境時,其體內如何將逆境訊號傳遞到其他組織並進行物質分配?此領域過去研究甚少,而品萍特殊的葉狀體相連構造搭配二分盤裝置,很適合處理局部逆境並探討體內傳訊與物質分配機制。研究發現:當母葉遭遇局部逆境時會將健康子葉釋放以減少子葉產生連帶傷害;而子葉遭遇局部逆境時,母葉選擇保留子葉並持續送物質助其生存。深入研究發現,逆境子葉累積的ROS將觸發物質分配,使其向母葉傳送求救訊號,促使母葉內部以Ca2+做訊息傳導後將物質送往子葉助其生存。選擇性斷裂則由母葉內部Ca2+與ROS共同調節觸發,母葉遭遇逆境時, Ca2+為上游觸發母葉節處累積ROS並向子葉傳遞單向斷裂訊號,使子葉節處累積ROS後誘導斷裂,降低母葉對子葉的連帶傷害。

矩形密鋪及其應用

「使用給定的多個矩形密鋪一個格狀平面(2D rectangle tiling problem)」為一NP-complete問題,目前多項式時間只能求出盡可能覆蓋最大面積的近似解。本研究所創的階梯演算法透過改變動態規劃所紀錄的狀態,使狀態數大幅減少,進而改善求準確解的時間複雜度,當然也成功證明此演算法的正確性,並且此演算法也能處理環狀及有權重的類似問題,如RTILE PROBLEM、DRTILE PROBLEM。隨後,寫了一個互動展示品直覺地呈現此演算法的意義。並以階梯演算法成功將7/3-approximation algorithm (Krzysztof Lorys and Katarzyna E. Paluch,2000 [4]) 與11/5-approximation algorithm (Piotr Berman et al,2001[7])進行比較與分析。

探討非牛頓流體對安全帽結構吸收衝擊力的影響

本研究希望透過測試安全帽結構提升其吸收撞擊力能量能力,以期增加日常生活經常使用的安全帽之安全性。而根據過往經驗,我們選擇具彈性的橡膠墊、刮泥板及受力時可變硬且吸收衝擊力的非牛頓流體,以及作為改變安全帽結構的實驗材料,並在文獻研究後自行設計出縮小尺寸的安全帽結構模型(後文稱測試模型),與模擬安全帽遭受撞擊的裝置來進行實驗。從實驗結果與影像軟體分析及動、位能相關公式分析可知,橡膠墊、刮泥板及非牛頓流體對測試模型吸收衝擊力能量有幫助。我們也以此為依據討論將橡膠墊、非牛頓流體加入真實安全帽的可行性,期望以此研究對生活有實質性幫助。

一針見共-探討針箍絨泡黏菌與其共生菌間的關係

科展中黏菌的研究屈指可數,關於共生菌的研究更完全沒有,是一個充滿未知的領域。本實驗探討黏菌及其共生菌的關係,我們的實驗對象為針箍絨泡黏菌(Physarellaoblonga)和它的共生菌。其中針箍絨泡黏菌(A)帶有3種共生菌,針箍絨泡黏菌(B)帶1種共生菌。研究結果顯示我們研究的原生質體針箍絨泡黏菌(A)其中一個共生菌Paraburkholderiatropica和國外細胞性盤基網柄菌Dictyosteliumdiscoideum 身上的共生菌同屬,且以不同方式影響黏菌的食物。經過一系列實驗後,發現針箍絨泡黏菌會篩選對生存有利的共生菌,每種被攜帶的共生菌具有不同功能,我們認為針箍絨泡黏菌的共生菌會彼此分工合作,影響黏菌生長。

中藥萃取物抑制尖孢鐮刀菌功效之探討

巴拿馬病是由尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum)透過分泌毒素,引發香蕉植株死亡。目前無有效防治手段。以植物萃取物作為病蟲害防治手段為現代非農藥防治策略的重要發展方向。本研究以肉桂酒精萃取物,在抑菌測試結果中,發現具抑制尖孢鐮刀菌生長的功效,結果呈現濃度及時間相關性,最低有效濃度介於30~35(mg/ml),藥效時間可持續至少八天,效果的穩定性不因高溫高壓環境處理而受影響。萃取物主要成分為香豆素。此外,使用五種經濟作物進行對植株的毒性測試,在有效濃度下,不影響其生長。另外,也發現對於玉米反而有促進生長的效果。本研究證實,肉桂酒精萃取物具抑制尖孢鐮刀菌的功效且在有效濃度下不影響作物生長,甚至可能具有促進生長的效果。

捕捉震盪臺灣-地震預警,快!快!快!

臺灣位於環太平洋地震帶上,大規模地震常帶給全臺各地不同程度的災損,雖然臺灣已有中央氣象局(CWB)在進行地震測報與強震即時警報的推播工作,但強震即時警報系統仍存在著大範圍的預警盲區,因此本研究自行研發地震儀,透過環境的審慎評估在全臺各地設立站點,於地震發生的當下透過即時回傳的數據進行震源參數的估算,並設立警報標準對周圍地區提供預警。經過數個月的測試與過往災害性地震警報時間的模擬,此方法確實能夠縮小預警盲區範圍,也對盲區外的民眾增加數秒的準備時間,藉此可大幅提升地震災害區內避難的機會。最後這項計畫也獲得中央氣象局的認可,並榮幸能與地震測報中心簽約,共同合作提升臺灣地震預警的技術。

你在聽什麼?女學生讀書效果與環境聲響之探討

由於觀察到許多高中生習慣在讀書時聆聽音樂或白噪音(white noise),因而引發研究者好奇聲音環境與讀書效果、記憶表現之間的關聯性。本研究以實驗法比較學生在不同聲音環境下的記憶表現、專注與心情的自我認知;並以問卷法分析影響學生選擇不同聲音環境的因素、聲音環境選擇對成績的影響。研究結果發現,學生選擇音樂的原因是音樂能使心情變好,然而實驗發現在音樂的環境下受試者有記憶表現不佳的情況,受試者本身亦認為在音樂的表現下較不專注。而聆聽不熟悉的音樂時的記憶表現,比聆聽熟悉音樂時的音樂表現更差。實驗中受試者在白噪音環境下記憶表現較佳,由問卷亦發現讀書時傾向選擇白噪音的受訪者,其校排成績也較高。

細胞運算-於康威生命遊戲的自動化數位電路設計方法探究

「康威生命遊戲」是一款在1970年由劍橋大學數學家約翰•康威(John Conway)發明的單人遊戲,由棋盤構成的細胞組成,可以模擬邏輯閘元件,並且可以構建簡易計算器。 研究者在建構加法器和減法器的過程中,發覺手動放置電路元件非常耗時費力且容易出錯。為了解決這個問題,研究者決定開發一個能自動擺放元件的程式,以節省布局和放置元件所需的時間。參考了電子設計自動化(Electronic design automation)的概念,使用Python語言結合康威生命遊戲的應用接口模組,開發了一款自動電路布局程式。只要輸入邏輯電路的布林函式,就能自動設計、布局和放置元件,大大縮短了製作邏輯電路上的時間成本。因可直觀地展示訊號的傳遞和邏輯閘的運作,也有助於學生理解邏輯電路的運作原理,應用於教學。

甩尾颱風

所謂「甩尾颱風」我們定義颱風移動期間行進方向急轉超過90度,就稱為甩尾颱風也稱為大轉向颱風;為了探討西北太平洋颱風大轉向的原因,以及了解颱風大轉向期間的經緯度分佈與轉角大小、颱風強弱變化、轉向花費時間和季節的關聯性。我們找出56個符合的颱風(其中包含一個颱風不同時間點出現2~3次的大轉向),依序分類、再參考中央氣象局的天氣圖與歷年颱風調查報告等資料,分別做出各種歸納與整理、並且提出我們的想法和結論。