全國中小學科展

高級中等學校組

癌細胞的「糖嗜好」~RNA-seq 技術探索糖分誘發癌細胞生長機制

糖影響癌細胞生長機制複雜,近年基因體研究技術發展,透過RNA-seq技術能全面分析癌細胞在不同糖濃度下基因表現變化,藉此窺探糖分誘發癌細胞生長機制。本研究以乳癌和肝癌細胞株為研究模式,低糖培養下癌細胞生長受阻,進而以RNA-seq技術分析,測得約16,000種表現基因,不同糖濃度培養分析組別,約100~5,000個基因表現差異,糖濃度越低基因改變越明顯,也發現乳癌和肝癌細胞基因變化情形不同。藉由富集分析,顯示表現變化基因功能主要與生長相關。經查詢文獻比對後,兩種癌細胞各挑選出十個新穎候選基因,並完成qRT-PCR驗證,確認實驗結果。本研究勾勒糖影響癌細胞生長之相關基因表現變化樣貌,並探索發現參與作用的新穎基因,有助於瞭解糖分誘發癌細胞生長的作用機制。

群蛇亂舞

在科展的作品中,我們發現一個有趣且學長研究過的問題〝棋盤上的蛇〞(Snakes on a chessboard) ,這個問題是由教授Richard Stanley所提出。問題如下:在m×n棋盤形格子上,蛇由任意一格出發,但蛇的走法只能往右 ,往上 ,或停住。若此蛇已停住,將由另一條蛇來走,且不同蛇走過的格子不可重疊。證明:將m×n棋盤形格子完全覆蓋的總方法數為費氏(Fibonacci)數列某些項的乘積。與學長不同的是我們以〝生成格〞概念來解決問題,藉由生成格建立二維棋盤形格子〝蛇填充數〞與費氏關係,並試圖拓展三維空間棋盤情形,在過程中發現藉由〝生成矩陣〞可以組成空間棋盤的〝生成格〞,並以此解決p×q×r的空間棋盤問題。

神奇「催」「糖」術─探討利用新型催化劑磷鎢酸置換醣類一號位置結構的影響

本研究將定量的葡萄糖與乙酸酐反應,可將葡萄糖上的羥基進行乙醯化反應,再將乙醯化的葡萄糖與可回收使用的催化劑磷鎢酸以5:1當量數進行催化反應,並分別以是否微波、微波時間、微波溫度及微波瓦數為變因進行實驗,發現當微波溫度40℃、微波功率300W,微波30分鐘時,可得到最高產率的目標產物。再將葡萄糖與催化劑磷鎢酸及對甲苯硫酚以當量數為變因,找出最佳產率的條件,再將此最佳條件分別以不同醣類為變因進行反應,將所測得之目標產物的產率與傳統催化劑三氟化硼所催化的結果進行綜合比較及討論,最後以NMR儀器分析確定反應是否成功並了解其反應機制,進而幫助科學家在研究癌症細胞中醣分子的合成反應過程可以更有效率,並以達到綠色化學為目標。

迫在「鎂」「鹼」-探討鎂與鹼性酸式鹽之反應

本研究目的為探討Mg、Zn去除氧化層的條件,再與NaHCO3反應,探討反應情形。將Mg浸泡HCl後發現氧化層在1分鐘內即被清除,而且Mg的氧化層對反應速率影響不明顯;以不同溫度、濃度的NaHCO3與Mg反應,發現溫度越高氣體產量越少,推測是溫度升高時,Mg表面氧化層生成較快。比較Mg、Zn與NaHCO3的反應,氣體產生量皆以Mg較多。針對兩種金屬的反應皆計算找出為二級反應,再由速率常數分別算出其活化能。用EDTA測量 Mg2+莫耳數,發現與產生氣體莫耳數比值接近1,推測產生氣體可能只有H2,沒有CO2。將反應過後金屬表面黑色物質震盪到乙醇中,使用分光光度計掃描,確認為奈米級氧化鎂;反應後溶液放置一天過後出現了懸浮的白色物質,確認為MgCO3。

高功率無線充電系統之研究與設計

無線充電技術於智能手機等消費性電子的應用與日俱增,相關國際規範制訂也逐漸完備。展望未來,無人車、無人船、無人機、無人搬運車等智能化電動載具之應用技術發展,不但有利於減少溫室氣體排放量,且能降低交通運輸及智慧製造產業對傳統石化燃料的依賴。然而電動載具發展的關鍵問題就在於電動載具之蓄電池的續航能力、能量密度、充電時間、使用壽命及建置與維護成本皆大大影響商品化應用。本作品著重於智能化電動載具之串聯諧振式無線充電系統分析、設計與實作的認識及瞭解。說明書首先簡單介紹無線電能傳輸之基本原理,並透過實際繞製發射、接收線圈,焊接電路板,實現一組無線充電系統能夠操作於零電壓切換區間,達到更高的效率。

線上教學 -- 深度學習專注力分析

自2020年受到新冠肺炎疫情的影響,許多原有的生活、工作與學習型態都受到了影響。為了控制疫情,減少面對面接觸是其中一種方法,學習模式亦從實體轉變成線上。因學習都是面對鏡頭進行,老師很難掌握學生實際的學習狀況,也不易確認學習的品質。 沒有專注就沒有辨識、學習記憶。鄭朝明(2006)提到專注力與學習有密切關係,線上學習容易受到許多外在環境的誘惑導致專注力下降。本作品提出利用人工智慧中的深度學習,透過學生學習時的鏡頭畫面進行臉部特徵擷取,作為深度學習之分類器的輸入進行辨識,並將辨識出的狀態分析後得到結果。教師可利用分析出的結果進行教學模式的調整,以提升學生學習的狀態與品質。

專屬防護-友善防曬乳之研發與探討

本實驗探討自製防曬乳中氧化鋅、二氧化鈦、單寧酸,上述材料以不同比例混合後的防曬能力。以分光光度計測量各成分且不同比例的吸收度,調配具有較佳防曬能力且對環境友善之防曬乳。維生素B2與B6分別在UV-A和UV-B波段具有特徵吸收峰,可作為防曬能力之感光試劑,取代高中少見的 SPF檢測儀,且避光存放長時間仍具穩定性。實驗結果發現自製防曬乳中,二氧化鈦10 %與氧化鋅10 %混合,具有最大的防曬能力。希冀防曬乳對海洋環境友善且可調色,實驗結果發現氧化鋅10 %添加單寧酸10 %,為防曬乳最佳比例。紡織企業將經前處理的咖啡渣作為防曬的紡織成分,希冀透過科學原理尋找最佳條件亦可成為友善防曬乳的主力成分。

AIOT動物健康浮生錄

本研究以寵物智能自動餵食器相關產品為基礎進行改良,運用影像辨識技術來判斷其健康狀況,目的為改善動物福祉、解決動物與醫護人員之間無法溝通的問題,進而建立一套動物陪伴型照護系統。有效利用這套即時照護系統,可更好地關注動物的情緒健康,及時發現潛在的問題並提供適當的醫療幫助,確實避免飼主因繁忙、對寵物關注度下降而導致動物鬱鬱寡歡等情況發生,具有重要意義。

以微波輔助水熱法製備鐵鈷合金觸媒應用於陰離子交換膜燃料電池

本實驗使用微波輔助水熱法製備鐵鈷合金。先以不同比例製備鐵鈷合金觸媒並測量其催化效能,比較它們的粒徑、活性後,取最適比例探討合成溫度對催化效能之影響。最後嘗試利用氮摻雜的方式提升效能。經由XRD分析可知合成的鐵鈷合金為CoFe2O4、FeCo2O4屬於尖晶石結構。在SEM-EDS分析後可知,使用鐵:鈷為1:2的比例,其合金粒徑最小。在合成溫度的實驗中,經由XRD、SEM-EDS分析後,發現使用120°C、140 °C作為合成溫度,樣品無法完全形成鐵鈷合金。由極化曲線得知,使用鐵:鈷為1:2的比例,合成溫度為160°C製備的觸媒,其觸媒活性最好。其最大高率可達36 mW/cm2。鐵鈷合金氮摻雜還原出的氮不多,且形成的碳氮氧化合物覆蓋活性位點,使效能不升反降,因此須再調整合成參數。

染出奇蹟-自製奈米銀提升DSSC效率

有關於染料敏化太陽能電池(DSSC)的優化。首先使用平整的刮刀器均勻地塗抹400um的石墨膠在DSSC的電極上可以提高導電性。而0.5M的I-/IO3-電解液可以獲得最佳的填充因子和高轉換率。染料方面混合梔子紫、梔子綠和梔子藍色素可以增加吸收可見光波段並提高吸收度。ITO導電玻璃的耐受溫度約為300℃左右,超過此溫度電阻逐漸增加。負極之奈米粒子所製備之TiO2薄膜的最佳厚度為5-10um,且30nm的粒徑比25nm和常規粒徑表現較好。使用Ti(Cl)4乙醇溶液進行電解沉積時,最佳的電解沉積電位在-1.025~-1.1V區間內且其DSSC的轉換率可達0.5%。加入奈米銀到DSSC的染料中可以有效提高吸收度,比例為奈米銀:混合染料=1:30時可以有效提高DSSC的效能。