全國中小學科展

高級中等學校組

精密量測高手

在機械實習中,不同單元就需有不同量測工具,所以老師須依不同單元準備不同量具,加上老師與學生所自行量測會有些許誤差,因此小組想以這為主題,可以讓老師能簡單快速量測學生加工成精度,同時學生也可檢測自己加工成品的精度,減少上課老師準備量具的困擾,團隊才有如此想法,設計出一個多功能量測平台,供老師及同學使用。 本作品特色是設計製作一個多功用精密量測平台,平台上可以同時進行平行度、垂直度、同心度、長度(階級)、槽寬(溝槽)、外徑、斜度(角度)、錐度、偏心、粗糙度等量測,達到方便進行各項量測工作,改善這些不方便與減低量測誤差的作品,同時減低老師量測時間,讓學生自評老師監督就可正確得到學生加工精度。

以食用油混合蜂蠟製成可食性塗層對聖女番茄保鮮效果之評估

使用葵花油與椰子油分別與蜂蠟以重量比例9:1、8:2與7:3製成六種可食性塗層,塗抹於聖女番茄(Solanum lycopersicum var. cerasiforme)後,分別保存於4°C與20°C共15天,分析聖女番茄之減重率(%)、總可溶性固形物(0Brix)、抗壞血酸含量、呼吸作用速率、pH值並進行感官品質評估,以探究不同可食性塗層對聖女番茄保鮮的效果。 六種可食性塗層皆可有效降低聖女番茄的減重率,延緩pH值與總可溶性固形物的上升,保留更多抗壞血酸,並降低呼吸作用的速率,於感官品質評估中得分亦明顯高於對照組。根據前述六項保鮮效果評估的實驗結果,葵花油與蜂蠟比例8:2組別於4°C保存15天後,保鮮的效果最好。本實驗製作的可食性塗層確實可以達到保鮮的效果並延長聖女番茄的保質期。

探討玉米不同種原間減數分裂染色體互換之差異

減數分裂是育種的基礎,透過其中的遺傳重組可將連鎖的基因分離,以提供研究和篩選優良基因組合的機會。然而遺傳重組的數目在每一次的減數分裂中有天然的限制,也就是每一對同源染色體平均發生兩個互換,並且多位於染色體末端,這使得要尋找合適的遺傳組合成為育種時最耗時的步驟。在這個研究中,利用免疫螢光染色技術分析不同玉米品系間,減數分裂時遺傳重組發生的數目,了解多樣性的基因種源是否對遺傳重組的數目造成影響。結果發現其差異顯著,且品系間有分群的跡象,表示不同種源可能帶有差異性的重組調控相關基因,未來希望能進一步研究控制遺傳重組數目和位置背後的機制。

廢棄柿皮與汙泥發酵產氫之研究

本研究旨在探討廢棄柿皮與汙泥發酵產氫之可行性及最佳發酵條件。結果指出石柿(Diospyros kaki cv. Stone)與汙泥分別預加熱後依1:2比例混合,加入改良培養基,調整pH值為8並於環境溫度35°C下發酵為最佳條件。修正岡珀茲方程式擬合結果指出每公克柿皮可產生24.32毫升氫氣(R2=0.9990)。此外,等比例放大之發酵規模倍率與產氫能力呈正相關,若以足量柿皮發酵量產氫氣,可以相近效率大規模產生氫氣。本研究亦根據全臺每年廢棄柿皮量推估氫氣產量,並探討計算成本的方法,結果皆顯示廢棄柿皮發酵產氫具一定可行性。此方法可有效轉換大量廢棄柿皮為再生能源,具高度發展潛力。

神經胜肽Urocortin對微膠細胞抗發炎、吞噬的作用

本研究發現神經胜肽Urocortin能調控腦部的巨噬細胞——微膠細胞的發炎及吞噬作用,同時亦能降低發炎時產生的氧化壓力損傷。我們藉由紅血球與微膠細胞(BV-2 Cell Line)的離體實驗模擬腦溢血病患接受開顱手術後殘留於腦中的血塊與巨噬細胞在腦部的吞噬情形,並透過神經胜肽Urocortin的作用,促進其吞噬作用、調控發炎反應。首先以螢光標籤的方式確認微膠細胞的吞噬作用,再以測量其吞噬量值(Phagocytosis Index)、基因變化(RT-qPCR)分析,推論出當Urocortin濃度為10⁻⁹M,能有效的促進微膠細胞的吞噬作用、抗發炎功效。此研究結果有助於了解Urocortin加速清除腦血腫塊的作用,進而作為開發腦溢血新療法的參考依據。

急酷降溫:開發水冷式CPU散熱模組之研究

目前水冷散熱系統普遍應用在電腦CPU降溫中,雖然水的「比熱容」比空氣及大部分介質都高,但因水冷散熱系統內冷卻液的熱量,最終仍靠風扇送到機殼外,故CPU之最低溫度仍存在一個臨界值。本研究旨在對於「一體式」與「分離式」電腦水冷散熱系統及「熱電致(製)冷晶片」(Thermoelectric Cooling Module)結合進行模組開發設計,將此兩類相關元件搭配結合,以突破傳統水冷式散熱所無法降達的溫度。本研究將「致(製)冷晶片」之致冷端及水冷系統作結合,利用致冷端作為吸收CPU主要熱量,結果發現:與單純只利用風扇將熱量帶走的方式相比,本研究所開發之『第一代』一體式散熱模組與『第二代』分離式散熱模組皆成功地將頂級CPU之工作溫度再壓低,使電腦工作效率維持在最佳範圍。

天然花青素光交聯複合水凝膠支架之3D列印研究

本研究利用天然花青素作為光交聯劑,成功製作出低毒性的光交聯水凝膠,並可利用3D 列印技術,應用於生醫領域三維支架。 於不同比例的甲基丙烯酸明膠及甲基丙烯酸透明質酸中分別加人花青素或光起始劑 Irgacure2959,並使用365 nm波長紫外光作為交聯光源以製備複合水凝膠支架。 利用NMR、FTIR、SEM及溶脹性、降解性、攀附情形測試,確認分子結構及材料特性分析。體外試驗進行細胞相容性測試,結果顯示加入花青素的光交聯水凝膠對細胞的毒性遠低於添加I-2959的。最後使用3D列印機將花青素光交聯水凝膠堆疊列印成三維支架。本研究顯示花青素光交聯水凝膠未來可成為生物3D列印的原料,應用於組織工程領域。

陶瓷燒成新技術-以家用微波爐及自製集熱盒燒製高溫陶瓷之研究

本研究以家用微波爐及自製集熱盒燒製高溫陶瓷,用於家用微波爐的集熱盒材料的材質以玻璃纖維為主體為佳,集熱材料使用碳化矽顆粒級配為1:3(320目碳化矽: 180目碳化矽) 有最佳的微波吸熱效率並半浸泡的方式沾黏10層最好;集熱盒玻璃纖維與集熱材料碳化矽之間的高溫黏著劑,以體積比2:1(水:矽酸鈉)為佳的最佳配比。以家用微波爐搭配自製集熱盒可於26.5分鐘便可燒結陶瓷上釉作品,與傳統電窯需480分鐘比較可大幅減少94.48%的燒製時間,且其耗費的電費能源可省去89.44%的電費,以家用微波爐及自製集熱盒燒製之陶瓷品與傳統電窯燒製之陶瓷品在洛式硬度儀上測試結果無明顯差異,是未來極具發展性的陶瓷燒成技術。

金屬鎂∕二氧化碳電池之開發研究

全球暖化與氣候劇烈變遷是個迫在眉睫的問題,大氣中溫室氣體增加,主要是由於燃燒化石燃料排放二氧化碳所造成,若能把二氧化碳氣體加以利用,就能有效減緩地球溫度的上升。在本研究工作中,我們首先利用哈默法將石墨與強氧化劑生成氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO),然後以適當比例混合GO、聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)與正己烷,成功地製備出多孔性石墨烯電極,並採用離子液體([EMIm]Cl)/碳酸丙烯酯(Propylene Carbonate, PC)作為電解質,搭配鎂金屬作為陽極,開發出低成本且實用性高的「鎂金屬∕CO2燃料電池」,此電池會將二氧化碳穩定的形成草酸鎂(Magnesium Oxalate Hydrate)封存起來,並產生1.6伏特的直流電壓,此一氣呵成的二氧化碳吸附、封存與產能發電,符合綠色環保與能量再生的永續循環理念,非常值得推廣及利用。

激增殺手T細胞的水膠細胞平台於免疫療法的應用

本研究研發新型水膠細胞優化技術,將天然抗原呈現細胞做成平台,成功提供MHC-I、共刺激配體及細胞因子刺激三大要素,能激增殺手T細胞。實驗中優化的水膠細胞能完整保留細胞膜的表面特性,經實驗證實無生物安全性的疑慮。另外本實驗也著重於探討aAPCs基質的軟硬度對T細胞增生程度的影響。我們利用水膠細胞易改變細胞基質軟硬度且不影響生物相容性的優點,針對T細胞增生程度進行比較。結果顯示高細胞基質硬度(120kPa)的aAPCs擁有高程度的T細胞激活潛力,相對於低細胞基質硬度(25kPa)的對照組可以提高約51.2%,並達到顯著差異,推測其和收縮性及突出性絲狀肌動蛋白增加以致訊號增強有關。本實驗的新型水膠細胞優化技術提供臨床醫學免疫療法一個高潛力的新技術平台。