全國中小學科展

高級中等學校組

鑑今知古–四溝層有孔蟲化石之研究

本次研究的有孔蟲化石是取自恆春四溝層,透過探討樣本中有孔蟲優勢種屬的生態環境,且利用碳氧同位素來與現生種有孔蟲做對比、討論,可得知當時四溝層的水溫及鹽度範圍,並支持過去四溝層為潟湖環境。也根據討論樣本中底棲性有孔蟲的優勢種Quinqueloculina spp.為淺水機會種屬,加上適合生存水域為半淡鹹水域,推論Quinqueloculina spp.為淺海環境的指標化石。

彩色二維條碼手持產品開發之探討

數位二維條碼的使用日益普及,然而使用手機掃瞄時,常受限於掃瞄距離及拍攝角度,使用上不夠便利。在不增加拍攝限制且增加二維條碼儲存容量的前提下,本研究嘗試設計一款8色10×10模組的彩色二維碼,命名為Colour Matrix。其四個頂角的模組具特定顏色,用來作為定位的特徵,其他模組用於儲存資料。此研究也成功在樹莓派平台上開發專屬的顏色辨識及編碼與解碼應用程式。相較於常用的二維條碼QR Code,Colour Matrix的拍攝傾角限制較小但拍攝距離較短。升級拍攝鏡頭後的實驗則發現鏡頭解像力明顯影響Colour Matrix辨識率,以及研究中所使用的邊緣偵測方法具有極限,有待進一步深入探討。

利用植物菌質體探討菟絲子的蔓延與攀附

本研究利用植物菌質體找出菟絲子蔓延與攀附之調控機制。首先,觀察發現感染植物菌質體之平原菟絲子(C. campestris Yunck.)會產生多分支及莖短化的病徵。接著,測定感病之菟絲子體內植物菌質體SP1蛋白的表現量。本研究利用MEGA-X軟體,依照保留性高的TCP domain序列進行親緣演化分析,找出分別屬於TB1/CYC和CIN群的菟絲子TCP1與TCP2轉錄因子;利用RT-PCR確認平原菟絲子TCP1與TCP2基因表現;以pBA-N-SFP載體進行分子選殖,透過農桿菌浸潤法短暫表現菟絲子TCP1 與TCP2轉錄因子(CaTCP1、CaTCP2)及植物菌質體SP1蛋白。最後,利用西方墨點法確認植物菌質體SP1蛋白能降解CaTCP1及CaTCP2。因此,本研究推測感病菟絲子產生多分支及莖短化的機制,為植物菌質體分泌的SP1蛋白降解平原菟絲子TCP轉錄因子所致。

K排程的崛起-機械手臂效能最佳化之研究

本作品針對機械手臂運作時,因相同的負載與馬達移動時,具有不同移動路徑而產生最大負載量,窮舉不同搬動方式所呈現的整體效能差異。本研究設計一台3軸機器手臂,以第一顆馬達為球心,將最遠之第三顆馬達的載重,從赤道移至北極為例,紀錄研究各種載重、各種路徑的時間和效能,期冀發現同時具有節能和省時之手臂移動方式。透過實驗,從耗電、載重和時間三方面探討其效能,在兩種實驗中,實驗一(不同轉動方法所需電量)節電比率最高達30%。實驗二(相同轉動方法,多步驟同步所需電量與時間)節電比率最高答42%,省時比率最高達60%,為我們節省大量時間及電能。文末,再透過藍芽技術,以手機輸入目標物位置,使機械手臂以最高效能舉至終點。

不藥煩惱,雲端智慧配藥系統

本研究以物聯網、智慧車與機械手臂等科技,幫助病人能定時、定量的吃藥。系統在送藥的設計上,物聯網的方案,使用「聯發科」的MCS雲端服務,可輕易用網頁或手機介面,連線及管理LineIt ONE控制版,做到無線控制精準配藥;系統亦創意改裝現有市售常見自走車,並搭配紅外線感測功能,使作品能正確無誤的循跡,將藥送給病人;另為提醒病人拿藥,系統加裝LED與蜂鳴器裝置,提供視覺與聽覺的感官刺激,提醒吃藥的時間已到,也增加視訊串流,實現遠端監控功能,整體組合完成雲端智慧配藥系統。本研究的成果在成本、技術或相關的軟硬體的配合難度不高,應可普遍推廣與應用,未來亦可作進一步研究與應用。

黃柏對血癌細胞之影響

素有十大功勞之稱的黃柏(Mahonia japonica),在本草綱目裡主治濕熱瀉痢、黃疸、帶下、熱淋、腳氣、痿辟、骨蒸勞熱、盜汗、遺精、瘡瘍腫毒、濕疹瘙癢。在我們的研究中發現黃柏莖切片水萃取的冷凍乾燥粉末確實有誘發血癌細胞THP-1及HL-60凋亡的現象。顯微鏡下,血癌細胞明顯的有減少及皺縮凋亡的跡象。利用細胞存活率分析 (MTT assay),發現HL-60在250μg/mL,THP-1在1000μg / mL的濃度下即有過半的細胞死亡率。因此,我們選定以上濃度分別做於3小時、6小時和24小時蒐集蛋白質進行西方墨點法實驗,進一步證實水萃取的冷凍乾燥粉末會誘導細胞凋亡蛋白bax表現增加,並於6小時明顯增加Poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) 斷裂,此結果證實黃柏水萃取的冷凍乾燥粉末可誘導血癌細胞產生細胞凋亡。

荖生藏碳-探究荖葉的螢光碳奈米點

本研究在開發一種新的原料合成螢光碳奈米點,以台東的特產荖葉當作碳源,研究此碳奈米點在不同條件下的穩定性和螢光特性,進而探討未來的應用。 我們將荖葉烘乾磨成粉以水熱法進行碳化,進一步純化後,合成水溶性螢光碳奈米點,碳奈米點在紫外光下放出藍色螢光,相對螢光量子產率約為5.4%。在不同條件下檢測環境對碳奈米點螢光的影響時,我們發現在0到1.0 M的NaCl水溶液、紫外光照射50分鐘、pH 2.0~12.0間,碳奈米點皆有良好的穩定性,其螢光強度沒有明顯的變化。將此碳奈米點與各類金屬離子混合後,只有汞離子會造成碳奈米點的螢光強度下降,經調整或許可以開發出對汞離子有選擇性之碳奈米點。未來可應用此碳點的螢光特性作防偽辨識、生物顯影等功能。

簡易辨識偽酒與「真」餾酒

本研究探討如何用生活中簡易的方法幫助大眾分辨真酒與偽酒,在實驗中我們由生活中最常見的方式做起,例如:真酒加水會產生混濁、或是把酒放置空氣中讓它自然蒸發,可以發現玻璃片上會殘留酒液斑,以上兩種方法都在生活中方便測試且不需任何精密儀器就能用肉眼辨識。之後我們為了防範有些偽酒可能經過上述方式無法明確的確認真偽,因此我們又利用pH meter測量真偽酒的酸鹼值、用九種不同光源(380~675nm)照射真、偽酒,觀察兩者在黑暗中的螢光反應,並使用奧士瓦黏稠劑計算兩者黏稠度來檢驗。

「粒」竿「線」影-探討市售常見止痛藥對粒線體的影響

響粒線體型態的原因很多,如自由基、溫度、藥物等等,而我們選擇對海拉細胞施以幾種市售 NSAID 止痛藥主要成分:Aspirin、Acetaminophen 及 Mefenamic Acid,並觀察其對粒線體形態和功能的影響。第一部分實驗中,我們得到了粒線體長度會隨著施加藥物濃度的提高而減少,且向細胞核方向聚集的結果。接著,以相同的藥物及細胞種類進行 MTT 細胞活性測定, 和 Trypan Blue 細胞染色實驗,發現粒線體的呼吸作用效率及細胞存活率會隨著藥物濃度提高 而下降。三種藥物中,Mefenamic Acid 的效果最為明顯,於是對其進行了第二部份的實驗:將 Mefenamic Acid 的濃度固定,改變作用於細胞的時間。透過實驗證實了增加藥物作用時間和提高藥物作用濃度對粒線體的影響趨勢相似。

五「心」鏡射奇「跡」—三角形共線點對稱角平分線與中垂線等之共線性研究

取一條直線L,交△ABC三邊或邊之延長線於三點,再將此三點依序對角平分線以及中垂線等,分別作對稱後,所得三點會有何性質呢? 我們借助數學軟體Gsp以及Geogebra進行數學實驗與觀察,並由斜角坐標的觀點,利用向量的手法研究與證明,得到以下一些重要的結果: 關於三角形的五心,我們解決了△ABC三邊或邊之延長線上三點,分別對稱五心連線後,所得三點共線的參數條件解,並對共線性質做了一些探討,發現一些軌跡直線的包絡線,與二次曲線間的關聯,以及這些曲線與給定三角形的一些特別的連結。 此外,我們也就此研究問題,解決除了三角形五心之外的其它心的共線解,求出其與某類特定三次方程式間的關聯,並試圖尋找具有特別性質的未知新心。