全國中小學科展

高級中等學校組

草中共生,卵中暗潮—大花咸豐草果實共生昆蟲的首次紀錄

除了常見的長鞘寬頭實蠅外,本研究首次記錄釉小蜂科也會產卵於瘦果並利用之。蜂離開瘦果時遺留位於瘦果中段切口整齊的圓形孔洞,蠅則留下偏向瘦果兩端的長條撕裂狀孔洞。蠅、蜂常同時出現在同一果序,未見明顯競爭排除,但在不同月份出現比例有所變化,時間性生態區位分化仍待釐清。模擬動物傳播發現,被帶走的瘦果產卵率較低,再結合產卵位置的觀察,顯示果序中中央瘦果利於幼蟲發育但不易傳播,邊緣瘦果反之。大花咸豐草可能藉由瘦果異型性在繁殖與傳播間取得權衡,整體瘦果的感染率6.3%,展現其高繁殖策略下的傳播適應性。

攔截PM2.5-自創EcoPIV 技術應用於空汙阻隔研究

本研究以風洞實驗探討植被對空汙阻隔的效果與動力機制,並分析為何植被靠近建築物時,攔汙效果最佳?本研究創新提出經濟型粒子影像測速法(EcoPIV),透過強光雷射、折射理論及相關係數法,成功以低成本量測風洞中的流速場。結果顯示,當植被緊鄰建物時,由於建築物的阻擋,會使流體反覆在綠樹帶中穿梭,不僅阻礙後續汙染物進入,也使其滯留於植被中。本研究亦分析紅樹林對於空汙阻隔的優勢及限制,發現低矮紅樹林對於下沉型汙染物具極佳阻隔效果,但當汙染物超過負荷門檻時,EcoPIV 顯示,紅樹林邊緣會產生類邊界層,反而使得汙染物更有效率地傳遞至下游處。文末展現數值模擬結果,汙染物濃度與實驗相當一致。本研究成果可作為政府規劃行道樹配置之原則。

探討太陽能板對環境的熱影響與其不同條件下之發電效率

本研究探討太陽能板對環境溫度的影響,希望找出能兼顧發電效率與降低熱影響之大樓頂太陽能板架設方式。我們測量太陽能板與水泥地不同時間的溫度,以瞭解在相同的光照環境,兩者的溫度差異,進而推知不同時期,兩者對環境釋放的熱輻射差異。另外,我們也發現太陽能板的背板溫度較高之因,主要是吸收下方水泥地的熱輻射與散熱不易導致,並進而發現,若單純只考慮太陽能板與其下方水泥地受彼此熱輻射加熱的影響因素,應在法規限制下盡可能架高太陽能板。為了解太陽照度與太陽能板溫度、發電效率之關係,我們分別在無風環境、受正面風、側面風以及背面風吹拂下進行測量,發現在背面風的吹拂下,太陽能板溫度會較低,發電效率較好。

廢棄蘭花結合高分子材料製備口內膠研究

本研究針對嘉義地區廢棄蝴蝶蘭(Phalaenopsis)資源,嘗試以天然深共熔溶劑(Natural Deep Eutectic Solvent, NADES)在萃取蝴蝶蘭不同部位: 根、莖、葉、花之多醣及相關活性成分,並與傳統水萃取比較萃取率。透過評估萃取液中多醣含量、多酚含量、抗氧化能力,與抗菌能力以衡量萃取物在口腔保健之功效。之後將萃取物進一步結合不同配方之高分子基材料HPMC(Hydroxypropyl Methylcellulose)與 PVP(Polyvinylpyrrolidone),嘗試製成能有效成膜的口內膠。實驗結果顯示,以betaine+lactic acid組成的 NADES配方對蝴蝶蘭花部位之多醣與多酚萃取效率特別顯著,亦展現較高之抗氧化能力與抑菌效力,且能與特定配方之高分子材料結合形成有效凝膠。藉由萃取方式與高分子材料之配方優化,最終可望開發出兼具環保、功能性與口腔護理應用潛力的天然凝膠產品。

水底紅塵起,山頭白浪飛

水中地形的探測多半傾向於專業領域方能觸及之項目,然而對一般學生而言,亦有可能需要使用水底探測的時機,成本考量與可行性將是一大挑戰。本研究旨在找出可能的辦法解決上述問題,並測試準確度。最終本研究利用防水的超音波感測器作為聲納掃描後,利用架設好的server回傳超音波數據,預處理後以立體模型的方式呈現出來。經由路面和水中實測並取得實驗數據,於結論中有詳盡資料測值,具有可視化的地形建模,和簡單上手的操作介面進行觀測,未來期盼能成為簡易且實用的探測儀器或改良原型,並能投入其他水上領域。

「奈」能可貴:腦中風治療之新希望

據衛福部統計,腦血管疾病穩居國人十大死因,但腦中風在西醫治療的選擇有限。中藥腦得生養腦散(BNG-1 Powder)具抗炎、血管重塑功效。而本研究將探討奈米化 BNG-1 作為腦中風治療藥物的潛力。 利用微乳化技術,將BNG-1水(W)、酒精(E)萃取物包覆於聚氰基丙烯酸丁酯(PBCA)奈米載體,製備PBCA-BNG-1奈米粒子,探討其作為BNG-1藥物遞送系統的安全性和有效性,並評估其於缺糖、缺氧/再充氧(OGD/R)環境對神經細胞的保護作用及血腦屏障(BBB)之通透性。 結果顯示,PBCA-BNG-1奈米粒子能藉由抑制發炎、自噬和細胞凋亡,保護神經細胞免受OGD/R誘導的損傷,亦刺激神經生長因子NT-3表現及神經突觸生長,並有效穿透BBB,提高藥物遞送效率,且以PBCA-BNG-1-E奈米粒子效果最佳。 研究證實,以奈米技術改變BNG-1劑型,有助於未來腦中風治療。

開發大腸癌抑制劑,從魚腥草萃取物開始

魚腥草為一種多年生的根莖草本植物,在傳統醫藥具有良好的藥用價值。本研究開發新型魚腥草萃取物,抑制人類大腸癌細胞。首先將魚腥草葉磨成粉末,並以甲醇萃取(HCE),再以高效液相層析方式,分離魚腥草分段萃取樣品(HCF),來進行總酚試驗抗氧化力;進行癌細胞毒殺試驗、誘導癌細胞凋亡、粒線體膜電位試驗及運用載體TNFRSF6B-GFP綠色螢光蛋白轉殖癌細胞大量表現。試驗結果顯示魚腥草粗萃物(HCE)及其中第三段萃取物(HCF03),總酚含量與ABTS 抗氧化力,HCF03皆優於HCE;另癌細胞半數毒殺濃度IC50與細胞凋亡試驗凋亡以及粒線體膜電位受損率,HCF03抑制大腸癌細胞效果皆優於HCE;HCF03抑制TNFRSF6B-GFP綠色螢光蛋白表現濃度IC50為0.4mg/ml。綜合上述試驗結果,證實HCF03能作為TNFRSF6B抑制劑,具有抑制大腸癌細胞之潛能。

誰是清道夫?生活中的除『銅』妙『劑』大對決

本研究以生活中易取得的材料或廢材作為金屬離子的吸附劑,由實驗結果發現,蚵殼粉、蛋殼粉及碳酸鈣的吸附效果都比有機物吸附劑更佳,吸附率皆達83%,單位重量的的吸附的以碳酸鈣的14.16mg/g效果最好,吸附劑的量的增加會提升吸附率,且第一小時內的吸附提升最為顯著。高溫或鹼性的環境吸附效果較好。在多種金屬離子的競爭吸附,銅離子的吸附均下降,但碳酸鈣受影響較小。與離子交換樹脂的處理方法比較,發現蚵殼粉、蛋殼粉和碳酸鈣在低濃度銅離子水溶液的吸附效果都較佳,且上述三者吸附劑的吸附效果皆較電鍍法佳。因此,運用實驗結果設計一款自動化吸附裝置,期待能為家鄉工廠林立造成的環境汙染盡一份貢獻。

「蝕」無忌憚—空蝕效應中空穴產生的機制及特性之探討

本實驗探討空蝕效應空穴產生和氣泡附著於鋁箔紙上的情形。我們使用超音波洗淨機為製造超音波場的工具,將固定大小的鋁箔紙放入超音波場中產生破洞,透過破洞在鋁箔紙上的分布,推論在腔體裡氣泡的分布與傾向附著的部分,也利用顯微鏡在微觀下更仔細地觀察破洞的擴張情形,藉以得知氣泡如何在鋁箔紙上附著。 實驗中我們利用不同觀察方式,推論出氣泡在鋁箔紙上造成破壞的位置,也利用顯微鏡實際觀察破洞,確認我們的推論,使用顯微鏡實際看到破洞後,我們透過破洞的變化,建立許多模型,最後根據我們推導出的理論製作程式,模擬一個完整的鋁箔紙,按照這些氣泡產生與附著機制產出的破洞分布,和實驗結果有無相符,再次證明我們對氣泡的理論。

前瞻奈米片場效電晶體設計之最佳化

在科技進步的年代,電晶體成為組成高效能晶片不可或缺的元件,其發展影響著電子產品的效能與功耗。隨著製程技術節點縮小至2nm以下,傳統鰭式場效電晶體 (FinFET)架構逐漸面臨短通道效應與漏電流增加等挑戰,而環繞式閘極場效電晶體(GAAFET)技術則因其優異的電流控制能力與低功耗特性,成為新一代電晶體的主流。本研究探討在固定有效寬度與垂直間距的條件下,不同奈米片堆疊數量對電晶體電性的影響,透過科技電腦輔助設計(TCAD)軟體模擬分析次臨界擺幅(SS)與臨界電壓(Vt)等參數,對下世代環繞式閘極奈米片場效應電晶體(NSFET)進行最佳化研究,提供未來半導體技術發展之設計方針。