全國中小學科展

高級中等學校組

Dr.魔法手「識」

臺灣老年人口比率逐年攀升,老人照護逐受重視,而運動對於健康保健更是不可或缺。因此我們想製作一產品,結合時下流行的體感控制,也就是以穿戴手套的方式操控遊戲,讓復健同時兼具娛樂,活動筋骨,一舉多得。 手部與手指的運動分別會被我們所設置的三軸加速度感測器與彎曲感測器偵測,並以類比訊號的形式透過傳輸線傳送對應的鍵盤按鍵訊號至電腦,以此可操縱多種透過鍵盤遊玩的遊戲增進使用之樂趣與意願達到。 使用Arduino IDE編寫程式之體感手套,搭配Scratch與KODU設計之遊戲,邀請8位長者體驗,並以問卷回饋與分析。多數長者在活動與遊玩過程中認為,能增加其樂趣以及使用之意願。希望透過本次研究,使復健中的運動能夠翻轉成新世代的模樣!

飲食對線蟲神經老化的影響及其分子機制

秀麗隱桿線蟲有透明體腔、月餘的生命週期,為研究老化的極佳模式生物,和E. coli OP50相比,Comamonas DA1877會加速線蟲生長並縮短壽命。本研究旨在探討DA1877飲食是否造成線蟲早衰。實驗中採用Pmec-7::mRFP線蟲比較不同飲食下感覺神經老化狀況,得知DA1877飲食使線蟲早衰。同時觀察擺尾速度以檢測線蟲老化趨勢,得知食用DA1877成蟲後相同天數的線蟲擺尾速度較低,顯示飲食差異影響線蟲老化及運動神經。同時使用aldicarb藥物探討線蟲癱瘓速率,確認運動神經也受飲食影響,並採用與氧化壓力相關的核心轉錄因子daf-16 基轉種Pdaf-16:DAF-16a/b::GFP,比較不同飲食下細胞核螢光表現量,確認 DA1877增加DAF-16在細胞核的表現量。未來希望觀察缺乏SAM合成酶之線蟲感覺神經型態與擺尾速度,了解DA1877飲食使線蟲早衰的路徑。

與波共舞-水柱撞擊障礙物之波節長探討

我們想知道影響水珠成節的因素,所以利用自製的流水系統,讓微小水流由管口流下,放置玻璃棒在水柱下方,並改變水柱出口與撞擊點的距離做實驗。透過觀察水珠的節長變化,搭配各種不同的接觸障礙物、流速、溫度,進行結果與分析。發現流速愈快,節長愈短;玻棒愈粗,節長愈長;食鹽水濃度愈低,節長愈短;溫度愈高,節長也愈短。以上的現象可由表面張力的變化來解釋,因此可推論此現象符合由表面張力波所形成的結果。

點線面-探討毛氈苔的捕食運動機制

毛氈苔的捕食運動是黏液、腺毛(觸手)與葉片之間的協調動作。我們以點線面的方式分別探討黏液、腺毛與形成消化區的各項特性。首先,點的觀察是1.毛氈苔能立即偵測獵物是否為營養物質,2.黏液的分泌量對溫度會進行調節作用(溫度升高黏珠變小、溫度下降則變大),3.利用黏液表面張力說明當黏液進行串接現象時,會增大捕食成功的機會。再則從線的角度提出“腺毛彎曲模型”,說明腺毛柄部正面柄部簧片的功能與背面膨壓變化的作用。最後用“腺毛彎曲訊息分類圖”與“傳遞營養物質訊息模型”解釋黏液、腺毛、葉片與形成消化區各部位間的協調性。綜合上述,設計皿狀容器假昆蟲協助未來探索黏液酵素特性並推論出彎曲訊息應與動作電位的關聯性。

自製Arduino比色計

本研究利用單晶片微控制器Arduino、色彩感測器 TCS3200、散光型白光LED、電阻、電容、電晶體、筆記型電腦等器材製作出一簡易的比色計。先透過限流電阻及補償電容的更換交叉測試,尋找到系統所能提供最穩定光源的組合,然後利用一些已知濃度溶液的紅色、綠色、藍色、強度偵測值,用多元多項式迴歸分析法尋找出該溶液的最佳濃度估測函數,以後只要測得未知濃度溶液的偵測值,即可以此估測函數計算出該溶液的濃度。經由硫酸銅及硫氫鐵離子等溶液的實際測試,平均的估測誤差分別為2.75%及3.77%,可見我們自製的比色計確實精確有效。

難以「孓」擇–淡水渦蟲對食物記憶與捕食行為

淡水渦蟲會捕食蚊幼蟲,有助病媒蚊防治。為了探討大量繁殖飼養時,長期餵食渦蟲固定食物是否會記憶,導致後續生物防治成效不佳,因此進行渦蟲對食物記憶與捕食行為試驗。根據群體與個體渦蟲對食物記憶行為結果,長期餵食紅蟲的渦蟲皆偏好選擇蝦肉,推測渦蟲對食物無記憶或具偏好行為。群體捕食行為試驗,當孑孓數量越少,渦蟲捕食前爬行速率越快;孑孓數量越多,渦蟲搶食隻數越少,第一隻渦蟲獲得相對能量收支越多;發現渦蟲捕食孑孓時,視覺訊號大於化學訊號刺激。觀察渦蟲捕食策略,分為主動捕食型、機會主義型Ⅰ和Ⅱ,且以機會主義型Ⅰ為主。綜合評估,渦蟲對食物無記憶,有利於未來野外投放。未來持續探討利用渦蟲防治媒蚊疾病的應用。

驚爆「膠」點-虎紋三角渦蟲黏液功能分析

本研究進行虎紋三角渦蟲黏液功能分析。利用銀染染色SDS-PAGE,並以ImageJ分析,發現渦蟲捕食蚊幼蟲後黏液中總蛋白質量有增加。以酵素檢測盤測試渦蟲於捕食蚊幼蟲時會分泌不同於平時爬行時酵素Lipase、β-galactosidase及N-acetyl-β- glucosaminidase,幫助行體外化學消化。以PAS染色SDS- PAGE推測渦蟲黏液中醣蛋白分子量小於10 kDa。未來將持續進行渦蟲黏液分析,以Western blot找出渦蟲黏液中酵素分子量位置。未來也將進行渦蟲黏液應用價值評估,尋找出具有黏性的醣蛋白種類,並探討是否可製成防水黏著劑。

「蚯」山之功,「蚓」以為榮

本研究以自行設計的蚯蚓飼養箱,配合箱養法與廢棄羊舍分層堆肥法,將雲林縣的工、農業廢棄物,包含紙污泥、牛糞、雞糞、蔗渣、稻梗與太空包,以微生物EM菌、木黴菌(Trichoderma)發酵,再加入安卓愛勝蚓(Eisenia andrei)、尤金真蚓(Eudrilus eugeniae)分解,之後以自行改良之滾筒式蚯蚓分離器,將蚓糞、蚯蚓與卵繭分離;蚓糞再處理成有機肥料,種植豆類與蔬菜,其結果顯示,廢棄物分解成蚓糞後,微生物與酵素量增加,對於農作物成長助益良多。

反「薑」一「金」─探討薑黃素對於金屬離子的螯合作用

本研究以市售料理用薑黃粉分別製備水溶液及酒精溶液,測量薑黃素溶解度的差異。再以薑黃素酒精溶液分別與硫酸銅、硝酸鐵溶液充分反應後離心,利用Cu2+和鐵氰化鉀、Fe3+和硫氰化鉀的變色反應,以確認螯合後濾液是否仍有金屬離子或薑黃素殘留。接著,測量不同濃度薑黃素水溶液、硫酸銅溶液與硝酸鐵溶液的吸收光譜,並以不同濃度、不同pH值下的Cu2+、Fe3+水溶液與足量薑黃粉反應後測量其濾液的吸收光譜,分別建立其特徵吸收峰檢量線,並比較螯合前後的差異。結果發現,薑黃素在一般環境(不改變pH值)對Cu2+和Fe3+的螯合能力優於在酸性環境(pH=2)下。未來可將本研究所建立的操作步驟應用於廢水中Cu2+、Fe3+檢測。

美容「絲」路–絲瓜水的抗氧化力及應用

本研究以絲瓜水為實驗探討對象。我們以自製絲瓜水及市售的「保濕絲瓜水」做濃縮及稀釋,分別進行三種抗氧化能力(總酚測定方法、清除DPPH自由基能力、還原力測定方法)的比較。我們同時也針對市售絲瓜水中所額外添加的小黃瓜與絲瓜果實的萃取液,進行抗氧化力研究。 實驗結果顯示,總酚測定方法中,濃度越高總酚含量越高;還原力測定方法,其濃度越高還原力越強,但自製絲水則以濃縮至8倍還原力最佳,繼續濃縮還原力反而下降;而清除DPPH自由基的測定中,發現濃度越高清除DPPH自由基的能力越好。由此可知,絲瓜及小黃瓜的抗氧化能力佳,可以被廣用於保養、美白、護膚各項產品中,具有良好的抗老化效果,後續我們以8倍濃縮的絲瓜水進行產品製作。