全國中小學科展

高級中等學校組

探討奈米銀在不同基板上的表現

表面增強拉曼散射SERS在許多領域中被廣泛應用,可提供快速、準確且非破壞性的方法獲取物質的分子結構和化學組成。本研究主要目的為探討不同粒徑奈米銀所製造出的不同結構基板PET對於檢測的靈敏度,藉以選擇合適粒徑與基板,作為應用在不同藥物檢測的基準。 將硝酸銀(AgNO3)加入水中後解離出銀離子和硝酸根離子,加入還原劑檸檬酸鈉,能使被解離的銀離子還原成金屬銀。而根據還原劑的強弱、多寡,以及配製溫度等,都會影響奈米銀粒徑大小。

深深深幾許?橫看成嶺側成峰,遠近高低各不同

本實驗以程式控制雷射光束之觀測角、不同觀察姿勢探討視深的變化,並與教科書的理論做比較,在改變觀察角度下,均證實物體正上方偏向20°的範圍內,教科書中的「簡化公式」誤差尚小,但發現觀察角度大於20°後,觀測角越大則視深呈現多樣的變化,視深近似公式不再適用,建議應做修改或說明。 光經水折射後產生虛像在司乃耳理論下以數學偏微分計算,顯示此虛像(視深)並非固定且與本實驗結果相同,甚至觀測角接近90°,視深呈急速趨於零或緩慢趨於零則與觀測姿勢有關,視深比原來簡化公式複雜,虛像的位置隨著觀測角增加而快速向觀察者移動。並逆向實驗,以水面下觀察地上物,證實理論亦成立,令人不可思議的現象盡在本研究中陸續被挖掘出。

對應編號入坐的圓桌錯位問題之研究

會議室圓桌上有𝑛個座位,順時針依序放有號碼1、2、3、⋯、𝑛,共𝑛張名牌。參加這場議會的人都有自己的編號,依序為1、2、3、⋯、𝑛,假設編號1的人一定先進入並坐到號碼2的位子,剩下的人則為亂序進入,先找到自己名牌的位子,如果自己的位子是空的,就直接坐下,如果位子被佔了,則順時針或逆時針找最近的空位入坐,若順時針與逆時針最近的空位距離相等,則順時針入坐(例如編號2到達時,發現自己的位子被坐,順時針距離最近的空位是號碼3,逆時針距離最近的位子是號碼1,則編號2坐到號碼3)。等到前一個人坐下後,下一個人再進入會議室。 依此規則,探討其坐法循環規律、坐法分布、坐法總數,並找出有幾種入座順序對應相同的坐法,以及坐錯位子人數的期望值。

建立小綠皮珊瑚的保鮮盒養殖技術及觀察

本研究致力於建立一套於保鮮盒中養殖小綠皮珊瑚的系統,旨在提供研究人員以簡單且低成本的方式進行珊瑚培育,甚至使高中生也能利用此 系統進行相關研究。我們以單一珊瑚片段 上的珊瑚蟲數量及施加藥劑誘導白化等變因為基準,比較不同條件下的生長與代謝反應,以量化小綠皮珊瑚的健康狀態。分析實驗數據後,結果顯示此系統具有可行性,所有小綠皮珊瑚樣本片段無論大小及是否為白化狀態,皆表現出穩定的生長,不僅存活率達 100%,小綠皮珊瑚的健康狀況也相較於培養前有所改善。此外,我們成功培育了白化狀態但仍健康的小綠皮珊瑚,以及僅含單一珊瑚蟲的珊瑚片段,有利於不同實驗目的的研究者進行相關研究。

自組裝DNA探針於GNP@PANI電極以檢測miRNA

在許多疾病中,如癌症、心血管或神經疾病等檢測微核醣核酸 (microRNA,簡稱miRNA)的表現水平可作為診斷指標。現行檢測miRNA多使用qRT-PCR技術,雖然有其特異性,然而成本高、操作複雜、耗時長為其缺點。本研究開發自行設計可抓取目標股miRNA的DNA探針,藉由合成修飾技術,將此探針固定在金奈米與聚苯胺(GNP@PANI)的修飾電極上,製備出具高靈敏度與特異性的分子電極。實驗結果顯示:此自組裝的分子探針電極具有良好的線性檢量關係,偵測極限可達0.1nM;其極佳的專一性可應用於尿液樣本的檢測,且回收率高達101.7%。本研究採用電化學技術來檢測miRNA 具有成本低、操作簡便、檢測快速等特點,且裝置易於小型化,便於攜帶與使用適合於資源有限的地區 和現場檢測。

輪迴轉勢

一般會認為,螺絲從斜面上側著釋放後只會直線下滑。然而螺絲的頂端與螺桿有半徑大小之區別,故應該會有別於一般輪軸的運動情形。於是我們以一般的螺絲進行實驗,發現螺絲在斜面上下滑情形大致分為兩類:擺動且不下滑、邊擺動且邊下滑。為了討論螺絲在各種起始條件下的運動情形,我們將螺絲改成3D列印雙輪組,分別操縱雙輪組的大小輪半徑比、軸距、初始角度、總質量、及斜面傾角等變因。我們發現雙輪組的運動情形可以分成三類,第一類為:不下滑且擺角愈來愈小;第二類為:下滑且擺角愈來愈大;第三類為:下滑且擺角愈來愈小。而第一、三類的雙輪組為一阻尼振盪運動;第二類的雙輪組為一反阻尼振盪運動。甚至有些雙輪組會發生有趣的反轉現象。

基於LSTM行為與活動力之樂齡關懷系統

本研究開發RNN和LSTM長短期記憶網路的樂齡行為關懷系統,搭配樹莓派、多種無侵入式感測器和鏡頭,實現對獨居者日常活動的實時監控和情緒辨識。 將系統收集的數據儲存在SQLite資料庫中,通過LSTM長短期記憶網絡進行分析和學習,提高系統預測準確率。我們還根據各行為感應器觸發的頻率、語音關鍵字,臉部情緒辨識結果等數據,使用隨機森林演算法分析使用者的狀態,建立客製化的模型以優化系統的預測性能。此外,系統配備語音識別功能,提供求救信號發送,及負面情緒安撫等功能。 通過長期的數據收集和分析,本系統能夠觀察並預測獨居者的活動力和情緒的變化,早期發現獨居者的身心健康是否有風險。

關於我與ChatGPT成為一家人的那件事

本研究透過ChatGPT提示工程的研究將生成式AI的應用融入日常生活中。在實作上透過Google Cloud Functions 建置並連結多個雲端服務,實現一個AIoT執行環境。研究架構的底層為智慧居家模型,其中涵蓋霍爾感測器與低功率雷射的入侵偵測、IR測距感測器的門禁偵測、溫溼度的偵測與加熱片的溫溼度調整,並利用調光玻璃達成光線遮斷與隱私權保護等智慧居家生活需求。在系統整合上,透過Line 聊天機器人進行指令的發送與訊息接收。為了更人性化的解析所有的指令信息,我們透過Google Cloud Functions介接到OpenAI下達提示(Prompt)指令,產生真正的動作指令後傳送給MQTT Server,最終由MQTT發送動作指令的信息給底層的智慧居家模型;此外,所有底層感測器的環境偵測訊息皆可以透過ESP32 MCU進行蒐集應用。

鈦錳啦!藍「解」「除」橘!─探討MnO2及TiO2對亞甲藍及甲基橙的去除效果

本研究利用合成不同形狀TiO2/MnO2/ZnO,藉由改變接觸面積進而提升染料去除率。在初實驗中將9種金屬氧化物與甲基橙/亞甲藍/甲基紫反應,發現TiO2-甲基橙與MnO2-亞甲藍之組合有較好的去除能力。在改變反應溫度的實驗中,TiO2-甲基橙之去除率隨著溫度上升而降低,當中以25℃ 海膽形表現最佳,而在MnO2-亞甲藍的反應中,則以海膽形在25℃時表現最佳。最後改變染料溶液的pH值,發現TiO2海膽形在pH5.7時表現較佳,MnO2則是在低pH時有較高的去除率,推測該結果與顆粒零電荷點及染料pKa值相關。透過BET與PL分析,TiO2海膽形及MnO2海膽形有較佳的比表面積與氧化能力,故整體去除效果最佳。此外本實驗亦利用LC-MS驗證反應的確成功分解染料,且利用生物試驗證實處理後之溶液對生物毒性明顯降低。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,去完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論了利用1、2、3 個圓去覆蓋的情形,並分銳角、直角、鈍角三角形去做分類,有完整的結果。並在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律。