全國中小學科展

高級中等學校組

膝型渦蛛隱帶性質與功能探討

本篇科展為探討膝型渦蛛Zosis geniculata的習性及其隱帶性質與功能。我們發現膝型渦蛛偏好在黑暗環境織網,並在習性調查中,發現它會在夜間拆網、織網,清晨重新織隱帶,因此我們認為其屬全日型蜘蛛。主要獵物為鞘翅目、鱗翅目及雙翅目中的小型昆蟲。 我們將隱帶的形狀分為螺旋型、直線型、圓盤狀、薄膜狀四種,不符上述分類的則歸為不規則型。此外,發現隱帶絲線分佈方式可分成兩種:平均散佈型及簇型。我們還發現隱帶絲線具有顏色,最常出現藍、綠、粉紅等色澤。透過實驗,我們證明了即使在同樣的環境條件下,膝型渦蛛仍會織出不同形狀的隱帶;而成長階段不會影響其隱帶的形狀及顏色;織隱帶的能力也不受遺傳限制。

圓形畢露:--利用「cyclos」得到常見基本幾何作圖結果之探討

本作品主要研究一種作圖工具「cyclos」,其規則如下:在平面上,可以以兩點距離為直徑作過此兩點的圓、以不共線三點作圓或在圓上標點。我們盡量避免了使用解析的方法。我們使用了這個工具證明了原題,並進一步作出兩點之中點、三點作三角形之五心以及其他的相關結構的作法。且利用精準繪出長度的方式,導出a¯AB,aϵ{α0+∑∞i=1αi√(i+1) |α0、αiϵQ,αi≠0 for finitely many} 並給出詳細證明。

漫遊大腦~五行軟糖之咀嚼大作戰

疫情讓生活型態改變,易有腦霧現象。提供中醫養生心智圖的資料查詢,選出木、火、土、金、水行人相對應的中藥材,運用索氏萃取法提取中藥多醣,再進行苯酚硫酸法測其總含糖量,製成五種五行軟糖。因咀嚼肌活動可刺激腦神經間的突觸增加,掌控記憶、學習與思考。故透過金屬桿架、3D列印、馬達及程序控制器,連接具有Arduino程式化的電子秤,自製「模擬口腔咀嚼之物性測定儀」,進行軟糖咀嚼性之量測。實驗測得皆有多醣及咀嚼性,以金行人提供的薏仁軟糖,薏仁總含糖量為0.655g/g、咀嚼性為759.85gw,得知薏仁多醣及咀嚼性皆較高。依不同體質分別提供「五行軟糖」當養生零食,可活化腦部機能、改善腦霧,活出健康與自信。

探討特殊震動頻率下的倒立擺自主校正運動

本研究探討倒立擺在不同鉛直振動頻率下的擺動軌跡、擺動時間、擺動範圍及自主校正之情形。我們發現單一倒立擺是否能夠達成穩定自主校正主要受鉛直振動頻率影響,且隨著鉛直振動頻率增加,倒立擺擺動範圍會縮小。當倒立擺的長度增加時,擺達穩定所需之角頻率上升,相同頻率下的擺動範圍增加。接著再將不同長度的擺頭尾以螺絲相連組合,觀察雙擺之運動情形,我們發現在雙擺的情形下,下擺與上擺的長度會影響擺是否能穩定,在上下長度相同與下長上短時,擺在適當頻率下即可達成平衡,但在下短上長的狀況下,下擺及上擺長度則須達特定比例才可平衡。

以擴展顯微鏡探討年齡對果蠅腸道幹細胞粒線體的影響

腸道幹細胞能分化出其他細胞來維持腸道功能;個體老化時,腸道幹細胞的功能下降而導致腸道衰竭。粒線體能產生細胞所需的能量,當幹細胞分化時,粒線體形態也會跟著改變,推測粒線體的形態和幹細胞的功能相關。然而年齡是否會改變腸道幹細胞內粒線體的形態並不清楚。在本研究中,我們利用免疫螢光染色發現年齡增加會讓果蠅腸道幹細胞中的粒線體變得破碎。因為粒線體非常小,過去以電子顯微鏡觀察粒線體結構非常耗時,我們利用擴展顯微鏡技術將腸道幹細胞中的粒線體放大而不影響其結構。藉此技術,可更精準的觀察年齡對粒線體和其內膜的影響。研究結果發現年齡會影響果蠅腸道幹細胞內粒線體的形態,盼未來能有更深入的研究與醫療應用。

乙醯胺酚對土白菜生長發育與生物累積的影響評估

本研究進行乙醯胺酚對土白菜(Brassica rapa L. var. chinensis)之毒性測試及解釋可能之作用機制,透過乙醯胺酚及其主要代謝物分析,了解乙醯胺酚之吸收、轉移與代謝,並評估生物累積之可能性。乙醯胺酚可抑制種子萌發,實驗組植株高度、植株鮮重、主根長、支根數、根系乾重及總葉綠素含量等皆受抑制,植株重量之IC50由澆灌12 天之3.01 mM 降為30天之1.47 mM。作物土白菜與空心菜及綠肥田菁與油菜對乙醯胺酚之生物累積能力顯著,休耕時種植綠肥有助於乙醯胺酚之移除,易位因子結果顯示乙醯胺酚由土白菜與空心菜根部吸收後,轉移及累積於莖與葉。乙醯胺酚透過抑制過氧化氫酶活性,進而抑制土白菜之生長發育,乙醯胺酚對過氧化氫酶活性之抑制率為植株根>幼苗根>植株葉>幼苗葉。

使用青梅果核廢料環保合成碳量子點探討對抗老年人牙周菌機制

本研究以生質廢料青梅果核為前驅物,經由環保合成與新型修飾方法製備碳量子點,並探討其抗菌潛力。考慮到安全性,本研究選擇食用酸為修飾材料,發現當青梅果核和蘋果酸1:1混合煅燒時,最能有效提升碳量子點產率、螢光強度與抗菌能力。但蘋果酸無法單獨經本實驗方法合成碳量子點,推測青梅果核為主要碳源,蘋果酸則提供表面官能基修飾。在抗菌實驗中,碳量子點對牙周病菌(牙齦卟啉單胞菌、具核酸桿菌)及常見病菌(大腸桿菌、綠膿桿菌)皆有良好抑制效果。經由電子顯微鏡及電子順磁共振儀驗證,本研究合成的碳量子點大小介於1~10奈米且能夠產生自由基,具備低風險抗菌潛力。

新創多功能擴展顯微鏡技術

擴展顯微鏡技術是以高分子化學與物理化學原理放大生物樣品的體積,相對地提高光學顯微鏡解析度至奈米等級。目前所使用的方法,無法有效標定細胞膜、胞器膜與脂質,且採用受質專一性低的蛋白酶K,易導致螢光訊號流失。為改善上述缺點,本研究先用酪氨醯胺訊號放大技術增加螢光強度,再用受質專一性高的胰蛋白酶以減少螢光訊號流失。因新方法使用酪氨醯胺和胰蛋白酶,簡稱為TT-ExM。實驗結果顯示此方法可更清楚標定細胞内多種生物大分子,如蛋白質及脂質,也適用於DNA染色。利用共軛焦顯微鏡即可進行超高解析度觀察,含各種微細的胞器、脂膜、和脂球結構,及染色體與粒線體DNA。本研究論文已投稿專業期刊審查。

銀離子對於生物性電阻式記憶體影響之研究

本研究以生物性材料取代傳統無機材料製作記憶體,期待解決電子廢棄物累積的問題。實驗選用鹿角菜膠作為記憶體絕緣層,透過溶液-凝膠法製備成生物性電阻式記憶體,並探討金屬銀離子的摻雜與否對於電性表現的影響。本研究發現,藉由銀離子參與燈絲組成,可使元件ON/OFFratio比提升為103,並降低記憶體的開關電壓與提升其可靠度等表現。我們亦透過線性擬合確知本研究製作之電阻式記憶體符合蕭特基輻射模型,判定元件組態切換行為屬於燈絲傳導的可能性。由於摻雜銀離子對於生物性記憶設備的電性表現有明顯提升,離子與天然材料的組合可望成為下個世代記憶存貯產品的有利競爭者,並為未來電子元件發展提供新的方向。

旋轉奧秘-吸管抽水之原理探討

這項研究針三角形狀吸管製成的簡易水泵進行探討。通過將三角形吸管浸入水中並繞垂直軸旋轉,水可以通過吸管流出。研究的目的是瞭解幾何形狀和其他相關參數對體積流率的影響。在理論模型中建構以旋轉座標系描述流體相對運動的方法。且考慮了外部力矩對控制體積的總和以及通過控制表面的角動量流動速率。在實驗中先以紅外線探測器連接至Arduino找出不同幾何條件產生抽水現象之邊界條件。再以可記錄數據之電子天平量測質量對時間關係,以得出不同幾何情形之體積流率。再以水滴之拋射距離得出最終速度,其中最終速度是指水流出吸管時的速度,以探討相關變因對其影響。數據分析中以Visual Studio Code和Python繪出擬合線與理論線進行比對,得出推導理論與實驗是相符合的。