全國中小學科展

高級中等學校組

水污染智能偵測系統

磷污染及重金屬的累積被確認為引發水體富營養化及生態毒性的關鍵因素,對接觸受污染水的動物和人類造成危害[1]。磷酸鹽作為磷污染的主要形式,傾向於促進藻類的過量繁殖,而重金屬離子因其高度毒性及生物累積性,對水生生物的影響尤為嚴重。由於一般檢驗方式過於耗時、費力,所以我們想研究出可以實現快速檢測出水是否遭受到汙染的系統。 本作品將化學、光學、電機、機械、AI、微電腦領域知識進行「光-電-機-智」深度整合,使用AI輔助補償演算法提高作品方便性,提升水溶液的定性定量分析效率,使本作品能快速檢測水源是否遭受磷或重金屬鉛污染,並且計算濃度,無需將樣本送回實驗室,捕捉污染動態。降低成本與操作門檻,達到良好監測及做好水土保護。

聽誰說話:進行寵物溝通的動機和心理歷程研究

寵物溝通逐漸流行於現代社會並受到關注,但目前仍缺乏大眾對寵物溝通態度的廣泛調查研究。本研究調查了大眾對寵物溝通的態度,並嘗試從寵物飼養經驗及心理學角度提出解釋。研究 結果發現,有飼養經驗、寵物仍存活或曾有正向寵物溝通經驗的受試者,會更傾向更相信寵物溝通有效;反之則傾向對寵物溝通抱持懷疑。另外,質性資料顯示,相信寵物溝通的人,理由多來自於相信 靈性觀點、認同溝通師的專業展現或自身曾有正向體驗;抱持懷疑者則多聚焦於對寵物溝通本身缺乏科學證據的事實,亦傾向認為溝通師的溝通內容僅是毫無根據的話術。整體而言,本研究分析了大眾對寵物溝通的整體態度傾向,並進一步探索背後主觀信念的內涵,期能為往後研究帶來啟發。

鼠鞠草萃取物調節NRF-2轉錄因子救援UVB造成的皮膚細胞老化

人類皮膚接觸到陽光中的紫外線(UVB)會造成皮膚細胞內產生大量的自由基進而導致皮膚老化,本研究的目的是為了探討鼠鞠草萃取物是否可用於減緩UVB造成的皮膚老化。本實驗以UVB紫外燈來照射人類皮膚纖維母細胞,藉此模擬人類皮膚曬太陽所引起的老化狀況。由實驗結果得知,UVB照射會造成皮膚細胞的傷害,包括皮膚細胞死亡、細胞移動能力的減緩、氧化壓力上升、老化蛋白質p21表現量上升、抗老化相關蛋白質collagen1a1的表現量下降;而加入鼠鞠草萃取物之後,上述造成皮膚細胞老化的病理現象都得到了明顯改善。進一步的研究,我們發現鼠鞠草萃取物是經由抗氧化蛋白質NRF-2表現量提升來抑制皮膚細胞的老化。

Ti₃C₂Tₓ/α-Fe₂O₃ 異質複合材料的製備、性質及光催化水分解反應能力之研究

本研究開發Ti₃C₂Tₓ/α-Fe₂O₃二維奈米複合材料,探討其光電性質與應用潛力。以Ti₃AlC₂經含氟蝕刻法製備Ti₃C₂Tₓ,並以溶劑熱法複合α-Fe₂O₃。經SEM、EDS、XRD確認蝕刻成功,而複合材料中α-Fe₂O₃ 隨比例呈現不同結核分布。XPS顯示Ti-C/O鍵結及Ti-Fe協同作用。DRS與電化學測試指出,複材能帶較原材上移,具更低電荷阻抗與可能的更大能隙。四點探針顯示Ti₃C₂Tₓ具類金屬導電性,複合材料面電阻則與質量呈指數關係,呼應能隙變化。於KOH與NaOH中,複材展現最低OER過電壓與最小電化學阻抗,顯示其具優異光電催化水分解性能。

把自己變不見的「膜」法

本研究以天然材料製作「水溶性包裝袋」為目標,期望改善塑膠袋所造成的環境問題。從腐壞地瓜萃取出澱粉為原料,並將甘油、聚乙烯醇(PVA)、檸檬酸、硬脂酸及水混和以塗佈機於玻璃片上製膜。針對不同比例所製成的水溶膜,透過SEM探究聚合物的交鏈情形;藉由拉力實驗找出膜袋 荷重性最佳的成分比例,澱粉、甘油含量較低者,膜袋荷重表現佳。以熱重分析法探究膜袋之熱穩定性。以FTIR分析成分比例不同的膜之氫鍵,圖譜中可見甘油所造成之變化,同時影響膜的黏滯性。透過微粒動力學將膜溶於水中,施以擾動並觀察微粒粒徑變化情形,攪拌時間越長粒徑越小。最後,將自製膜放於植物盆栽上,觀察植物成長及測量滲透水pH值,確保其對環境友善,以利推廣應用。

居家自製牙齒美白試劑與客製化牙齒美白應用程式之開發

本研究以豬牙作為人牙替代模型,採用CIELAB 色彩空間中L值作為牙齒亮白度量化指標,系統性探討過氧化氫與等效過氧化脲於漱口水與凝膠兩種劑型下的牙齒美白效能差異。基於研究結果開發牙齒美白使用方針建議app,結合使用者初始牙齒L值、期望之美白效果及使用頻率,以研究結果作為依據演算出客製化的美白方針,提供使用者調配漱口水與凝膠之方法與使用方式,精準控制活性成分暴露量,避免氧化過度或反應不足。本研究創新地將 CIELAB之L值量化結果整合至智慧推薦系統,同時深化了居家牙齒美白產品之科學基礎,亦為個人化口腔保健管理提供新思維,有效提升國人居家美白安全性與使用者體驗,並有助於減輕牙科醫療負擔,具備顯著之社會與產業價值。

AI輔助手寫卷閱卷系統

本研究旨在開發選擇題手寫卷的自動閱卷與成績登記系統,以減輕小老師與教師在小考閱卷及成績登錄上的負擔。為改善選擇題手寫卷的閱卷方式,本研究結合手寫字辨識技術、雲端成績登記存放及網頁式查詢三大功能,開發AI輔助手寫卷閱卷系統。使用者設定考試相關資訊(如考試名稱與標準答案),並上傳答案卷影像,即可透過系統自動辨識答案且計算成績,並將結果即時傳送至雲端資料表,供教師透過網頁查詢。本研究成果可有效降低人工閱卷負擔,提升成績管理的即時性與便利性,期望為校園提供更高效的閱卷與成績登記方式。

智慧定點式道路警示牌

在高速公路上,駕駛者若遇到車輛故障或事故,必須依照交通規定,在事故發生點後方100公尺處擺放三角警示牌,以提醒後方來車。然而,在高速公路環境中,車輛行駛速度較快,駕駛者下車擺放警示牌的過程中,極易發生二次事故。因此我們設計「智慧定點式道路警示牌」,本裝置安裝於公路路肩,透過網路遠程開啟。這樣一來就可以避免下車擺放警示牌的過程中發生意外。本次設計運用到Wi-Fi做為與雲端通訊之媒介,也達成了物聯網與雲端化。使用者可用網頁進行遠端開啟警示牌或在車內加入車禍自動回報系統,不僅如此,我們還可以用來檢視警示牌狀態。

與「擬」的距離-高中生線上社交與離線互動行為差異之研究

隨著數位科技的發展,線上社交平台已成為高中生日常生活的重要部分,其中非語言符號在溝通中扮演關鍵角色。本研究旨在探討高中生在線上與離線互動中使用非語言溝通元素的行為偏好及其動機。結果發現,高中生可能在即時通訊平台上表現出情境依賴性,多數參與研究的學生在不同社交情境中會根據通訊對象調整溝通行為,與長輩或「嚴肅人物」溝通時更傾向使用文字表達。另外,學生偏好使用表情符號來加強情感表達,但非語言符號解讀差異仍會影響效果,無法完全取代離線交流中的非語言情感傳遞。本研究有助於了解高中生在數位平台上的溝通行為,希望後續的研究者能夠更深入的研究。

原薯蕷皂苷透過抑制MAPK訊號路徑及ROS的生成對LPS誘導的敗血症具有保護作用

敗血症是一種由感染引起的全身性發炎反應,常導致多重器官衰竭甚至死亡。天然化合物Protodioscin(原薯蕷皂苷)主要萃取自薯蕷屬植物,屬於甾體皂苷類,具有多種潛在的生物活性,包括抗炎、抗癌及抗氧化特性,但卻尚未有研究指出對於 調控巨噬細胞發炎反應的作用。因此本研究主要探討Protodioscin是否可抑制LPS誘導的J774A.1巨噬細胞發炎反應及ROS生成。透過酵素結合免疫吸附分析法檢測TNF-α、IL-6的產量;藉由西方墨點法分析檢測Protodioscin對於iNOS、COX-2、MAPKs和Nrf2訊號路徑的表現;流式細胞儀分析細胞中活性氧(ROS)的濃度。最後利用免疫螢光染色評估發炎反應程度。實驗結果顯示,Protodioscin 可顯著抑制發炎相關蛋白表現並減少ROS產生,顯示其具潛力作為敗血症的輔助治療藥物。