全國中小學科展

高級中等學校組

腸內共生菌對肥胖性骨質疏鬆的影響

骨質疏鬆是現代人面臨的嚴重問題,多項研究顯示腸內共生菌與骨質疏鬆之間有密切關係。本研究主要探討高熱量飲食 (HFD) 小鼠與正常飲食 (CD) 小鼠之身質、骨質與腸內共生菌的差異,並探討造成骨質差異的可能代謝物。結果發現CD小鼠的平均體重顯著提升;分離檢測其糞便中微生物,發現CD小鼠中的腸內有益共生菌的對數值為HFD的1.0 - 4.5倍,HFD小鼠中的肥胖相關菌種則為1.5 - 4.0倍。後續讓HFD小鼠攝取CD小鼠的腸內共生菌,六個月後平均體重相較於原HFD小鼠低1.47g,平均骨小梁密度高0.036 mg/cm3、骨容積高5.27%。後續探討共生菌之代謝物TMA和TMAO,HFD小鼠的TMAO量比CD中的高1倍,並發現p16和p21基因表現量上升;RUNx2和Col1a1表現量降為0.5倍,可能是引起骨質疏鬆的原因,值得進一步研究探討。

鄰苯二甲酸二丁酯塑化劑電化學的感測器研發與應用

添加鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)製成的聚氯乙烯(PVC)廣泛用於消費性產品中。研究顯示,長期攝取大量DBP會影響實驗動物的生殖和發育情況。本研究旨在使用電化學感測器檢測DBP,使用二維層狀雙金屬氫氧化合物材料,增加拋棄式網版印刷碳電極導電性能及β-環糊精修飾作為檢測DBP的偵測點,以取代價格高昂、耗時、數量少的液相層析串聯質譜儀。研究者利用循環伏安法測試,發現感測器的電流響應對DBP具有線性關係,且有高選擇性、穩定性及再現性,再經真實樣品測試,也確認其可行性。本實驗將飲料包上PVC保鮮膜加熱,對照電流響應對DBP的線性關係,可得知該飲料的DBP濃度,期望此設計能應用在食安檢測等塑化劑檢測上。

魚「水」相歡—無人水下探測器

本作品為遠低於市價ROV的材料,設計出能在水下移動的載具,加入連線在式子母船的概念,完成能遠端控制與觀察影像的水下遙控載體。首先設計可以水下自由行動與水下攝影的子船,設計電力系統與無線訊號傳輸的母船。藉由Labview設計出由電腦介面進行遠端控制的程式,再經由USB多功能 I/O 介面卡傳輸到無線訊號2.4G接收板,來進行遠端遙控。 除了由電腦控制外以十字手搖開關進行手動遙控試驗並將線路連接完整,藉由切換的開關來改變操作的方式,即最終改良成可手動控制或電腦控制。經海邊測試能達成無線遙控子船,水中沉浮前進動作,並搭配子船到水下攝影鏡頭接收到水下影像,達成簡易型水下生態觀測之遙控無人載具。

大氣乾坤急速降溫

台灣手搖飲料從 1990 年代發展,至今已超過 30 年。2010 年代更由台灣流行至東亞、歐洲、美國及中東各國。 在這飲料店滿街都是的時代,幾乎人人都喝過飲料,飲料剛出爐的時候,為了第一時間讓飲料降溫且快速交到客人手中,通常大多數的飲店家都會加入冰塊。但有些不肖業者會為了減少成本而使用沒有經過消毒的不衛生冰塊,我們覺得如果在飲品裡加入這些來路不明的冰塊會不衛生,而冷凍製冰機所製造出來的冰塊雖然衛生,可是沒有達到完全節能減碳的效果,而受到溫度的影響在杯中融化的冰塊,融於飲品中的冰塊會影響飲品的口感且越喝越淡,為了避免這些問題,我們測試了多種的研究方法,最後選擇用大氣壓力瞬間洩壓產生壓差達到瞬間降溫的效果。

無接觸式防疫電梯

本專題主要用於電梯內的防疫,其功能包含手勢感應器(APDS)及手機APP控制。感應來自手機APP或手勢感應器(APDS)的訊號後再傳送至Arduino判斷與控制,來進行開關門與上下樓。此電梯利用氣閥來達成開關門的動作,利用馬達正反轉達成上下樓,再由遮斷器定位樓層,在上下樓時及開關門時,LCD都會顯示當前所做的動作。本專題是為了減少接觸電梯按鈕時的病毒,來降低疫情傳播的風險。

「C u 」「LA」ter, my 「FREUND」—探討海藻酸鈉晶球吸附銅離子的最佳吸附條件及以等溫線與動力學方程式分析吸附現象

我們的實驗延續上次小論文(韓語軒等,2023)[1]以海藻酸鈉晶球吸附銅離子作為研究主題,並比較了各項變因(海藻酸鈉濃度、成形時間、吸附時間、是否搖晃、溫度、吸附之硫酸銅濃度)下的吸附效果,嘗試找出最佳吸附條件。 經過實驗,我們將數據經擬一級、擬二級動力學方程式分析後,以理論的吸附速率回推,得出吸附90分鐘已達吸附極限值的99%;同時繪製出兩方程的線性圖片,比較R2值後判定此吸附更接近擬二級吸附。以不同濃度硫酸銅的結果代入Langmuir與Freundlich等溫方程後,也呈現良好的線性關係,可以用於分析我們的實驗結果。

血氧濃度與智慧醫療

本研究從自組血氧濃度計開始,進行程式撰寫後成功讀取數據,20次的累計平均誤差約為7.6%。進而延伸改善誤差,以6通道感測器搭配移動平均計算,20次的累計平均誤差降低為4.3%,再以類神經網路技術參入2%雜訊進行實驗,血氧值90-99的累計誤差平均降低至0.46%,並研究儲存數據建立資料庫。 續而增添血壓數值研究,並以無線通訊技術即時偵測並傳送病患的生理數據,可以大幅縮短運送病患達醫療院所的醫療準備之時空差距,能改善醫療時空差距的品質,提高搶救病患的時效。期許本研究結果能激發國內各大醫學中心在智慧醫療的提升進展。 (晉級全國賽後更新:藍芽血壓計及APP、網路通訊卡SIM7600X 4G HAT)

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中,但光柵普遍彈性較差硬度較大,使光柵應用受到了侷限,因此本研究以有著彈性佳與易形變特性的PDMS作為柔性光柵的材料,對其不同厚度與彎曲程度進行一系列的測試。為了找出厚度、彎曲曲率與繞射效果之相關性,進行了不同厚度柔性光柵之繞射點分析實驗,由實驗結果可知增加柔性光柵越厚會使其彎曲時第一亮紋改變率增加,反之。為了試驗柔性光柵受到不同施力方式其分光效果是否有所差異,故進行了拉伸與壓縮的方式形變柔性光柵,結果得知其拉伸時軌距會被拉大,壓縮時則會被擠壓變小。研究最後想了解利用PDMS複製類似光柵的結構是否也有分光效果,實驗結果發現指紋能夠分光,希望後續能將其特性實際運用。

陽光氫鬆產能

本研究旨在製作一套利用太陽能為動力的電解水製氫裝置,探討影響製氫效率的因素,並進行裝置優化。首先,為減少歐姆過電位來提高能量轉換效能,我們創造雙層圓筒式電極以最小化兩極距離,並利用較便宜的碳材來確認此電極型態確實可順利運作後,再改電極為發泡鎳,以降低活化過電位。而濃度極化所造成的過電位,則是利用離子交換膜及外接馬達抽換電解液的方式克服。常溫下,鎳為電極,當KOH濃度為35%、0.25A(1.8V),製氫的能量轉換率最佳,為271.6L/kW.hr。 透過優化裝置的設計解決了早期漏液、補水等問題,且改良後裝置採共用電解液和可調節電極數量的設計,提高實用度。最後,建立IoT系統來控制抽換電解液的間隔時間,使裝置達自動化且增加效能。

"堅實"起點,"穩固"未來-不同深度基礎各種加固之比較

探討不同基礎、不同加固法及不同地質條件,對建築物耐震能力的影響。在無進行地質模擬的情況下,淺基礎無加固的耐震能力,優於無基礎和深基礎。深基礎因基樁與底板連接處易斷裂,而存在受損風險。對比各種加固法,彈力球體加固法的效果最佳,其次則是彈簧加固法。而因一代和二代彈珠的工法差異,二代在降低加速度值的效果較好。整體而言,免震效果最突出的加固方式為彈力球體和彈簧加固法。在模擬不同的地質條件下,彈力球體加固法在各種深度基礎中表現最佳。而深基礎彈力球體加固法在降低加速度值的能力上更是優於淺基礎;在土壤液化區的測試過程中,裝置彈力球體的建築物較不易有傾斜、沉陷及損壞的現象發生,所以基礎加固是必須被重視的。