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探究精神獎

腸內共生菌對肥胖性骨質疏鬆的影響

骨質疏鬆是現代人面臨的嚴重問題,多項研究顯示腸內共生菌與骨質疏鬆之間有密切關係。本研究主要探討高熱量飲食 (HFD) 小鼠與正常飲食 (CD) 小鼠之身質、骨質與腸內共生菌的差異,並探討造成骨質差異的可能代謝物。結果發現CD小鼠的平均體重顯著提升;分離檢測其糞便中微生物,發現CD小鼠中的腸內有益共生菌的對數值為HFD的1.0 - 4.5倍,HFD小鼠中的肥胖相關菌種則為1.5 - 4.0倍。後續讓HFD小鼠攝取CD小鼠的腸內共生菌,六個月後平均體重相較於原HFD小鼠低1.47g,平均骨小梁密度高0.036 mg/cm3、骨容積高5.27%。後續探討共生菌之代謝物TMA和TMAO,HFD小鼠的TMAO量比CD中的高1倍,並發現p16和p21基因表現量上升;RUNx2和Col1a1表現量降為0.5倍,可能是引起骨質疏鬆的原因,值得進一步研究探討。

凌波微步-漂、浮體於振動液面之運動狀態探討

本報告旨在探討不同形狀的物體在振動液面上的運動現象,通過改變物體形狀、漂與浮的狀態,及實驗時的振動條件,觀察物體的行為,並以液體表面張力、漂體與液面夾角的變化、振動模式與流場狀態解釋。研究發現:疏水性漂體因表面張力漂在振動液面上時,其重力會造成液面凹陷,由於漂體形狀對稱性質與質量分布差異,造成各端點與液面夾角不同,液面為漂體提供不同方向與大小的作用力,並產生不同的流場,使其移動與轉動,其(角)速度受液體種類、振幅、頻率、漂體質量影響。此外,在振動液面上移動的漂體與其他漂、浮體間會因為液面狀態互相影響產生交互作用力,進而出現吸引、排斥、繞圈的現象。

沃辛頓射流控制術-不對稱邊界的影響

沃辛頓射流是指物體掉入液體中後,在液體下形成空腔,經由表面張力的作用,空腔收縮並向上噴射的水流。瞭解射流機制與抑制射流引發的噴濺,在機械潤滑與公衛領域是重要的課題。本研究透過空腔與容器的交互作用,影響射流的形成空腔形變會改變表面張力的合力方向,使得局部收縮速率不同,進而影響射流的高度與方向。透過改變空腔兩側形變的程度,我們可以有效控制射流偏移方向,本研究進一步透過自製頂針,讓空腔局部變形,藉此產生射流偏移,證實張力波並非射流偏移的主要因素。本研究的成果,為射流的 研究提供一個新的觀點:空腔弧度大小決定收縮速率與方向,未來可藉此影響空腔收縮,協助科學家降低空蝕現象對機械的破壞。

有捨有得,平衡之道

本研究的結果如下:一、對於1xn方格表,快速排法為每格填0其可填1的個數最大值=0。對於mx1方格表,快速排法為每格填0其可填1的個數最大值=0 。 二、當m>1,n>1時,2xn方格表快速排法為一半方格填1,一半方格填2,如圖5-2-5在2xn方格表可填1的個數最大值=n,對於mx2方格表,快速排法可以將表格旋轉90度,再用2xn方格表的快速排法 即可達成,則mx2方格表可填1的個數最大值=m 。三、在探究原始問題4x5方格表填入最多1的方格數量方法上,推得最佳策略行數=(4n-2m)除以3此最佳策略行數可應用於:mxn方格表,m=3k+1,n=3t+2且3k+1<3t+2<2(3k+1) 。四、對於mxn(m不小於3且n不小於3)的方格表,分成六種類型,推導出可填入最多1的方格數量之快速排法與計數公式的六個定理。

「魚」你水「乳」膠融-強力蛋白膠

本研究利用市售飲品、魚鱗及自然教室裡既有的材料調整配方,製作出黏性最強的蛋白膠水。魚鱗經加熱煮過,牛奶或豆漿加入酸性液體產生凝固蛋白質,經分離後再加入鹼性物質使其酸鹼中和,即能生成蛋白膠水。 實驗過程中發現,使用常溫低脂牛奶製成的蛋白膠水黏性最佳,並以pH值2.5的檸檬酸溶液萃取蛋白質,再加入碳酸鈉調配成pH值8.0的蛋白膠水成品黏性最好。 與其他市售黏性較強的液狀黏著劑相比,強力膠黏性雖強,但有強烈刺鼻味 保麗龍膠則容易產生細絲,黏著技術不佳會讓作品看起來像是佈滿蜘蛛絲,而強力蛋白膠不論是牛奶膠還是魚鱗膠皆黏性強 、成分單純、無毒性,合乎環保需求。我們也利用蛋白膠水製作了一架飛機,象徵開闊視野,未來前途無量。

探討奈米銀在不同基板上的表現

表面增強拉曼散射SERS在許多領域中被廣泛應用,可提供快速、準確且非破壞性的方法獲取物質的分子結構和化學組成。本研究主要目的為探討不同粒徑奈米銀所製造出的不同結構基板PET對於檢測的靈敏度,藉以選擇合適粒徑與基板,作為應用在不同藥物檢測的基準。 將硝酸銀(AgNO3)加入水中後解離出銀離子和硝酸根離子,加入還原劑檸檬酸鈉,能使被解離的銀離子還原成金屬銀。而根據還原劑的強弱、多寡,以及配製溫度等,都會影響奈米銀粒徑大小。

鈦錳啦!藍「解」「除」橘!─探討MnO2及TiO2對亞甲藍及甲基橙的去除效果

本研究利用合成不同形狀TiO2/MnO2/ZnO,藉由改變接觸面積進而提升染料去除率。在初實驗中將9種金屬氧化物與甲基橙/亞甲藍/甲基紫反應,發現TiO2-甲基橙與MnO2-亞甲藍之組合有較好的去除能力。在改變反應溫度的實驗中,TiO2-甲基橙之去除率隨著溫度上升而降低,當中以25℃ 海膽形表現最佳,而在MnO2-亞甲藍的反應中,則以海膽形在25℃時表現最佳。最後改變染料溶液的pH值,發現TiO2海膽形在pH5.7時表現較佳,MnO2則是在低pH時有較高的去除率,推測該結果與顆粒零電荷點及染料pKa值相關。透過BET與PL分析,TiO2海膽形及MnO2海膽形有較佳的比表面積與氧化能力,故整體去除效果最佳。此外本實驗亦利用LC-MS驗證反應的確成功分解染料,且利用生物試驗證實處理後之溶液對生物毒性明顯降低。

這樣防護有效嗎?以導電度建立呼吸道傳染病傳播與防治模型

我們和父母在要不要戴口罩起爭執,因此想建構呼吸道病毒傳播模型來驗證。首先尋找模擬病毒的粉末,在各種粉末中發現食鹽在水中有最高的導電度。接著測試發射裝置,找出與文獻飛沫分布最相似的打氣筒。 不同高度噴射有相似性,在160公分後明顯下降。在距口罩0公分噴射,口罩後的導電度為364µS/cm,占總發射量的3.24%。發射俯角越小對面的人越危險,俯角30度對面同學獲得鹽粒甚至比本人多,俯角角度越大,鹽粒會回到自己這排,低頭打噴嚏不能解決問題,危險只是從對面變成 自己兩邊同學。直接傳遞灑鹽粒的課本,第六人仍有極高的導電度,甚至比口鼻吸入時還多。間接 傳遞到第三人仍有112µS/cm的導電度。戴口罩或不戴口罩,應視與生病同學座位遠近和角度來自主 決定。

建立大生熊蟲檢測硝酸鹽模式

本研究以大生熊蟲(Macrobiotus sp.)為對象,建立其自體螢光檢測硝酸鹽模式,可以解決使用大生熊蟲檢測硝酸鹽時活動與隱生狀態難以判斷的問題。在建立此模式的過程中,嘗試利用雷射與LED激發大生熊蟲自體螢光,與濾光片阻隔激發樣本後反射光效果,由於雷射與LED照射樣本後都是反射光,導致無法成功分析大生熊蟲自體螢光,本研究使用相機濾片、偏振片壓克力板,嘗試解決此問題,濾片結果以壓克力板阻擋激發光照射樣本後反射光效果最佳;目前利用倒立螢光顯微鏡確認大生熊蟲可利用活動與隱生狀態下自體螢光相對強度差異檢測硝酸鹽濃度,檢測範圍可在 0~312 mg/L NO3--N (R2=0.9016)。未來將探討大生熊蟲自體螢光激發機制,並探討哪些物質會影響自體螢光的表現,使檢測模式更加完善。

微控制器智慧之旅ㄧ8051與深度學習

本研究旨在將AI深度學習應用於8051開發板的數字辨識,希望在低功耗的情況下進行AI實作來達到環境保育的目標,探討在硬體受限的情況下如何操縱硬體並使用Python進行參數訓練。通過對不同層數和學習速率的實驗,我們發現兩層層數和0.01的學習速率能取得較好效果。在模型訓練中,我們運用了Cross-entropy計算Loss值,並探討了不同Learning rate對Loss值的影響,以及不同Layers對Loss值的影響。此外,我們還討論了深度學習與機器學習的差異,並介紹了8051開發板的基本原理和應用。未來,我們將繼續改進模型效能和準確性,並優化硬體設計和性能,以應用深度學習技術於更廣泛的領域。