全國中小學科展

高級中等學校組

「藻」出不「塑」之客─狸藻捕蟲囊吸收塑膠微粒之探討

本研究主要是觀察狸藻葉子特化的捕蟲囊。以染色及褪色的方法,來了解是否因吸收聚氯乙烯(PVC),而改變其觸發速率,發現含有PVC的捕蟲囊,其觸發及排出色素的速率皆比未含有的慢。另外,也發現浸泡在不同PVC濃度下的捕蟲囊,其觸發及排出速率也不同,浸泡在濃度較低溶液中的捕蟲囊,其觸發、排出速率皆比濃度較高的還快。顯示水中不同濃度的物理性微粒對狸藻捕蟲囊觸發、排出作用有不同程度的影響。此外我們透過抗氧化酵素過氧化酶POD活性檢測浸泡PVC溶液不同時間的狸藻其生長狀況,發現有PVC的組別,體內POD含量皆較高且浸泡一天的組別含量最高,顯示PVC的確會對狸藻狀況造成明顯氧化壓力。

「鹽」上雙擴散–雙擴散對流及鹽手指現象

在雙擴散的研究範圍,都只看到物理理論的研究,卻少有研究利用實驗來驗證。因此,我們以過錳酸鉀(KMnO₄)當成可追蹤的染劑,將它水平或垂直緩慢倒入一個上、下層有不同梯度的水域中時,首先發現了鹽手指的產生,此現象為雙擴散對流的一種,再來確定了只有一梯度差時不會有鹽手指後,聚焦在不同(溫度、濃度)梯度差時,對鹽手指的圖形、擴散速率以及擴散分層深度的影響。接著我們深入探討海洋學中的溫鹽環流,以水泥製作海底地形,來模擬直布羅陀海峽的雙擴散對流,探討高溫、高濃度的地中海海水,流入較低溫、低濃度的大西洋海水時的擴散速率以及擴散圖形並模擬冷流與暖流的雙擴散現象,希望對「雙擴散現象」有更深的了解。

正本「塑」源-探討河川塑膠微粒

基於對鄉土的關懷,我們選定高屏溪流域,來研究河川中塑膠微粒的尺寸大小和含量,透過光譜來了解塑膠微粒的材質。高屏溪流域是跨高雄及屏東地區最大的河流,其中含有4個攔河堰。我們共分為枯水期及豐水期來採水,比較不同季節之塑膠微粒類別,若以形狀區分,枯水期塑膠纖維最多佔51%,豐水期塑膠薄膜最多佔39.6%。若以尺寸區分,枯水期100~500μm的佔最多約48.1%,豐水期25~100 μm約佔51.2%。若以材質區分,枯水期含量最多分別是PE(44.5%)及PP(33.3%),豐水期含量最多分別是PE(53.8%)及PET(17.6%)。若從顏色區分,大多是白色及透明為主要顏色。以上實驗數據可供主管機關列為日後重要監測參考之一,特別是以往本溪流並未曾採樣分析塑膠微粒各種樣態及溯源。

SeC輔助抗癌藥物對肝癌療效與其機制探討

本研究探討L-硒代胱氨酸(L-Selenocystine; SeC)是否能抑制肝癌細胞(HepG2)生長與毒性機制。以細胞存活率分析得知10 µM SeC可抑制HepG2細胞生長,但對正常肝臟細胞(L-02)無明顯毒性影響。以彗星試驗發現,同樣濃度SeC對HepG2具基因毒性,會造成DNA損傷。再以西方墨點法得知SeC會使HepG2的抗氧化酵素表現量減少。透過同源重組活性測試證實SeC會抑制HepG2的DNA修復。與單獨使用臨床常用抗癌藥物Cisplatin比較,混合10 µM SeC與較低劑量的10 µM Cisplatin對HepG2有更明顯的毒殺效果。 10 µM SeC預期可用於輔助臨床抗癌藥物的療效,其抗癌細胞機制至少有兩種: 一為降低抗氧化酵素表現量,導致活性氧化物質(ROS)累積,造成DNA損傷;二為降低DNA同源互換修補活性,最後造成細胞凋亡。

無人機的消防應用

科技的日新月異,人們除了在日常娛樂拍攝中結合了空拍機,在各個職業領域為了便利與效率也運用上了空拍機,傳統空拍機的空中攝影技術也逐漸結合各項感測器、機械結構來達到職業上的需求。本專題使用單晶片Arduino nano、MEGA Mini Pro、ESP-32和飛行控制器Pixhawk為主要控制板打造一台空拍機,並結合熱成像與各感測模組達到消防救援的功效。

LincRNA-p21參與線香成分Auramine影響化療抗性之探討

先前文獻發現,線香煙霧中的金黃胺(auramine)雖會促進肺癌惡化與轉移,卻也增加肺癌細胞對標靶藥物的敏感度,但卻未觸及auramine對傳統化療藥物療效的影響。本研究探討在p53突變型或正常型的細胞株中,同時給予auramine和化療藥物能否增加lincRNA-p21的表現量,導致癌細胞進行細胞凋亡,以降低癌細胞對化療的抗藥性。首先,利用RT-qPCR,得知在p53突變型細胞株中auramine濃度和lincRNA-p21表現量呈正相關,且合併化療藥物可再提升lincRNA-p21表現量。接著,藉由細胞存活率分析與西方墨點法,得知auramine合併化療藥物可提升細胞毒殺效果,並增強細胞凋亡訊號。最後,以p53正常型細胞株作為對照組重複上述實驗,結果卻未觀察到同樣的化療加成效果。期許本研究能對改善肺癌細胞對化療藥物產生抗藥性做出貢獻。

氣•塑 -- 氣泡牆對塑膠微粒攔截機制的探究

人類文明高速發展下,對石化產品的依賴導致塑膠垃圾激增。若垃圾未能有效回收處理,而在自然環境中降解、產生的大小不一的塑膠微粒,將提高回收難度,對自然環境各層面也造成巨量的傷害。為了解決這個問題,我們參考荷蘭的河道氣泡牆設計,建立一循環水箱並搭配出氣管,藉由調整出氣管參數以產生不同性質的氣泡牆,以探討對微小保麗龍球(<5mm)的攔截效果與微觀機制。由本研究發現,氣泡牆愈緻密能攔截到的微粒粒徑愈小,且整體攔截率落於65%至100%間。最後,我們比較氣泡牆攔截設計與淨水廠的汙水處理流程,此系統能減少過濾材料耗損與水頭損失,且可由動態調整氣泡牆性質來調控攔截微粒的粒徑範圍,使後續之淨水流程得以更精密化。

「油」刃有「餘」-新型環保剩食電池

環保剩食電池的成分為剩食、硫酸銅溶液、海藻酸鈉溶液,一般未經處理的剩食易含有油份,容易使電流無法持續,放入盆栽會使植物的毛孔被油脂堵塞導致植物死亡。本組利用磁性化的花生殼粉將存在於剩食中的油份吸附後,再以磁鐵棒去除。如此一來,剩食電池的內部就不會含有油份,吸完油份的磁性花生殼粉亦可以洗淨後重複使用,吸附的油份可另做生質能源使用。剩食電池的電壓及電流不會受到不同種類的剩食影響,剩食電池在接上LED燈泡三星期後,電壓仍有2.0伏特以上、電流下降呈現穩定的0級反應且這樣的電量可以點亮10顆0.02瓦的LED燈泡長達21天,使用完的剩食電池亦可放進盆栽中,做為植物的肥料及養分,充分做到綠色化學原則中的再生、物盡原則。

「霾」在校園中的秘密—PM2.5對植物光合作用的影響

分析雲林四地區PM2.5濃度變化,發現在夏季最低,主要原因是西南季風擾動。而斗六地區明顯高於其他三鄉鎮,推測其原因為夏、冬盛行風向不同而導致PM2.5沉降於本身為丘陵地的斗六。再加上海風將麥寮五輕、六輕PM2.5細懸微粒吹向本身為畚箕地形所致。 在利用碘液變色法觀測PM2.5對植物光合速率之影響實驗發現,因 要剪下葉片影響植物生長,且裝置無法控制PM2.5濃度,加上用澱粉含量的變化來代表光合效率不易準確掌控;而利用氧氣生成和二氧化碳消耗較為直接,因而自製可換氣、控制PM2.5濃度、紀錄O2、CO2濃度。 在測定日日春和虎尾蘭兩種植物的實驗中發現: 植物會因為短期內處在含較高濃度的PM2.5 逆境,而改變其光合效率以「求生存」。比較兩種植物受PM2.5 影響光合速率結果發現,日日春受到的影響比虎尾蘭來得明顯,推測其主要的原因可能是PM2.5 會阻礙光照量,而虎尾蘭是室外耐陰植物所以受影響較小。

三面骰子機率與解析度

本研究探討「三面骰」機率,由直徑厚度比(R/d)入手,製作不同R/d骰子111種各擲300次,計33300次,繪製機率與R/d關係圖。側面機率100%的R/d界線為0.52,0%的R/d界線為8.15,33.33%的R/d範圍為1.86至2.10,三面機率相同時三面面積1:2:1。再分別以面積、環形、球體理論建模,發現理論趨勢與實驗相符(P<0.001***,R2=0.9185)。 另發現其他物理量亦影響機率,進行「投擲高度、初速度、初角速度、恢復係數」為變因的實驗,擲18000次,顯示各參數對機率的影響。於是參考文獻並建模骰子動力理論,精確計算骰子的最終面,但實驗上骰子各面為何仍存在機率呢?我們發現機率來自參數的微擾,而各骰子對微擾的敏感度不同,進而提出骰子對微擾的「解析度」概念,評估骰子的公平性。