全國中小學科展

高級中等學校組

一「鹽」「鉛」金-鉛蓄電池加入各式鹽類的探討

鉛蓄電池電極板會產生不可逆的硫酸鉛使電池效率下降,因此我們利用在鉛蓄電池中加入不同鹽類與不同濃度的硫酸鹽類來解決不可逆的硫酸鉛,並模擬若降低電池充電電壓或是在車中工作溫度進行實驗。經實驗得出硫酸鉀在加入高濃度時較有效果,硫酸鎂與硫酸鋅則以低濃度時較有效果;而三者在低電壓充電時放電的效率都會比較低,且加 入硫酸鎂與硫酸鋅影響較小;三者在高溫環境時充放電的效率會比原本高,當中以硫酸鋅最為明顯。

探索腫瘤新抗原及發展多功能幹細胞疫苗對抗大腸直腸癌

大腸直腸癌(Colorectal)是發生率高且較易導致死亡的癌症類型,因此本研究透過篩選誘導性多功能幹細胞(iPSC)中表現的新生抗原來進行對Colorectal cancer免疫作用,以利找出最適合作為「大腸直腸癌疫苗」的抗原/佐劑組合。本研究先使用DTU Health Tech 的NetMHCcons大數據分析與西方墨點法來篩選出小鼠iPSC中的新生抗原TTW4為最有可能作為大腸直腸癌疫苗的候選抗原後接續以下實驗。首先藉由流式細胞儀觀測樹突細胞(DC)活化的實驗,結果推測出TTW4可以幫助毒殺性T細胞(CD8+T)活化。然後使用TLR受體家族不同的疫苗佐劑搭配TTW4來進行細胞螢光影像法,發現TTW4確實可以活化CD8+T,且對於小鼠的Colorectal cancer cell也有顯著的抗癌效果。所以實驗結果證明TTW4/Poly(I:C)的確可做為大腸直腸癌疫苗的最佳組合候選。

多功能萬能膠

實驗研究可以吸附物質的萬能膠,以聚醋酸乙烯酯為基底 加入聚胺基甲酸酯、甘油以及正丁醇調整適合的比例。最佳比例為聚醋酸乙烯酯 50毫升、聚胺基甲酸酯10毫升、5毫升的甘油以及7毫升的正丁醇,以此比例製成的膠體可進一步與銅粉、水彩以及石墨粉製作成均勻的混合材料 。研究討論這些混合材料其物理特性以及電阻特性,發現銅膠可以降低電磁波訊號,水彩膠可以製成指甲油,石墨膠可以應用於溫度及電阻感應 ,電阻值會隨著溫度升高而下降,石墨膠摺疊後電阻值會下降,通電後溫度會隨之上升,可以應用於防盜設備、偵測高溫設備以及保溫貼片等領域 ,這些材料顯示出廣泛的應用潛力,未來計畫再添加其他材料並討論應用 ,期望能為日常生活帶來實際的幫助。

神經與精神疾病的樞紐- TAOK1對神經系統相關基因表現的效應

TAOK1與神經發育與退化有密切關係,被證實會在阿茲海默症與帕金森氏症伴隨認知障礙的患者中大量表現,被視為一種可供診斷使用的生物標記。本研究透過細胞軸突型態與蛋白質表現,觀察到TAOK1過量表現會使分化中神經瘤細胞的軸突縮短,且α-tubulin和β-tubulin的蛋白質表現量均下降,這可能是軸突縮短的原因之一。我們也發現 TAOK1過量表現的細胞中,心理疾病相關基因(BDNF、MAO-A和MAO-B等)的表現會顯著增加;與神經退化有關的TDP-43之mRNA表現量會顯著增加,而pTDP-43的表現量也有明顯上升。因此本研究的發現或許能為神經退化性疾病與心理疾病提供診斷與治療策略。

白蟻在不同粗糙表面的抓附比較

昆蟲附著力學中,常用爪與爪間體進行分析。因大多數白蟻沒有爪間體,為了解爪鉤附著時的功能,故選用白蟻單純對爪鉤進行探討。另外,白蟻是常見居家害蟲,會侵蝕建材並危害建築,但白蟻的抓附能力與偏好至今仍未被研究。因此,希望量化白蟻的附著力,並尋找不使白蟻攀附的材料,減少對建築的危害。本研究以常見居家白蟻為對象,首先實施形態觀察,再以自製離心轉盤對抓附能力進行量化,最後使用掃描式電子顯微鏡對爪鉤構造進行分析。發現使白蟻展現最佳附著力的表面顆粒,會受脛節、跗節、爪鉤構成之範圍影響。而顆粒大小與爪鉤尺度、附著形態、微棲地皆有關係。此外,兵蟻在質量、體型與附著表現上均優於工蟻,此結果受階級分工、爪鉤形狀影響。

「正」「和」我意——正2n邊形頂點連線性質研究

本研究的原題目是在網路上看到證明兩正六邊形頂點連線所形成的長度平方和相等的關係,這份研究將此題推廣到了所有正2n邊形上,而後又推廣到了面積,探討了面積多次方和的關係,最後我們又發現了這些性質在pn邊形上也都成立。 研究中利用了架設坐標系來表示圖形,再利用各種方法簡化算式。文中的證明多用到三角函數的性質以及轉化為複數的表示法以得出結論。 文中最終證明出對於兩個正pn邊形,他們的頂點連線所劃分的區域分組後可形成次方和相等,以及這些連線分組後具有偶數和相等的性質。

最強大腦-我的AI學院

本研究開發AI-RAG智能輔助Moodle次世代學習系統,跨領域結合AI技術與SDGs教育,提升學生提問能力、反思能力及自主學習效能。隨著新課綱強調核心素養導向,學生自主學習與批判思考能力成為關鍵,但教師在繁忙課程中融入SDGs仍具挑戰。AI技術為此提供新契機,本研究透過RAG技術開發智慧學習平台整合Moodle系統,提供即時回饋與學習分析,輔助學生提問與反思,將AI平台導入中學課程分為AI實驗組和GC對照組,比較自主學習效能、反思等能力的成長變化,研究結果顯示實驗組學習成效顯著提升。因此,未來將優化AI回應品質、提升自主學習機制並強化平台資源管理,以進一步完善系統功能。

電來又電去-微型霍夫曼電解在環境中的應用

本研究設計一款低成本的微型霍夫曼電解水裝置及氫氧燃料電池,僅需約20~30毫升的電解液,除了完成各種電解變因的探究,也準確量測法拉第常數及亞佛加厥常數 。 因應綠色永續,收集電解產生的潔淨能源氫氣,並研究增加電池放電效果,包括電極直徑、碳棒淬火次數、電極距離、電解質種類與濃度、添加活性碳粉等,充電5伏特,時間5分鐘後負載馬達轉動20分鐘達4倍使用時間。進一步利用太陽能作為電力來源,以此為單電池串聯3個電池可提供約5.6V電壓,使紅光LED持續運作15分鐘以上。 利用電解法,可回收溶液中的重金屬銅離子,免去強鹼的使用,回收率的探究發現通入的電流強度愈高、溶液溫度愈低或添加螯合劑,會造成回收率下滑。

隨機生成數列的長度探討

一個籤筒中有編號為1,2,3,…,𝑛的𝑛的支籤,每抽出一支籤,將其編號寫在紙上,形成一個數列。數列只能向左右兩端添加項,不能從中插入;若無法插入,則操作結束。本研究探討此隨機生成數列的長度期望值的。數列添添加項的向向為為單向向與「單向向與,又添生成原理為為單嚴格遞增減與「的單嚴嚴格遞增減與。過組組計算與「勒展展式,,本研究成證明明: 𝑛趨近無窮大時,向、向向數列的長度為別會趨近𝑒−1「1/2(𝑒2−1)。此外,本研究針對隨機生成數列的單子列與進行延伸探討,發現了向向子列數「Eulerian Number的對應關係,且明明出發現𝑛 籤任意排列時,子列的期望組數為𝑛+1/2的;當𝑛趨近無窮大時,向向子列的長度期望值為2。

載有6-MP鉑金雙金載體用於肝癌細胞株化學光動力熱治療之評估

肝臟病變為一重要健康議題,前人研究使用6-MP(6-Mercaptopurine) 治療肝癌,於治療後5天開始復發。本研究開發藥物載體光動力系統,PtAu Ps–NIR(鉑金雙金顆粒-近紅外線)載藥物,持續於肝癌細胞四周釋放藥物,照射近紅外線殺死肝癌細胞,強化光動力系統抗癌效能。研究據顯示,PtAu Ps照射近紅外線10分鐘之後,溫度上升7.4℃。相較於對照組, PtAu Ps使肝癌細胞株(Huh-6)死亡率提升近80% ; PtAu Ps + NIR 使肝癌細胞株(Huh-6)死亡率提升近90%。本研究提供肝癌醫療一個有潛力新型化學光動力熱治療法。