全國中小學科展

第60屆--民國109年

鄒族孟德爾-探討生命豆在逆境中之植物生理調節及植物復甦現象

本研究探討鄒族民俗植物生命豆 (Lablab purpureus (L.) Sweet) 是否可以抵抗不同種逆境、植物復甦現象及其限制。我們自製植物栽植環境來控制光照及波長(4000燭米、545nm),分別針對生命豆種子及小苗進行研究,並以綠豆為對照組。我們發現生命豆適合種植於達邦原生土壤,其小苗具有耐旱及耐澇的能力,在未施肥及特定濃度施肥土壤均可以生長很好。 接著進行耐澇植機制探討,發現生命豆會打開氣孔行蒸散作用,根部持續生長且花青素含量也增加,但高度未隨之增高。在耐旱的實驗中,我們發現生命豆在中斷澆水14天後,植物仍可以生長很好,經過25天後,葉片會逐漸掉光呈現瀕死現象,復始澆水後,在強光環境下有較好的植物復甦能力,而我們發現生命豆復甦的歷程,花青素扮演重要的角色。

聽聲反應-聽音辨位的研究及其應用

我們實驗得知影響聽音辨位因素有:使用塑膠材質的、要有深度、口徑不能太大、頻率不同與,集音器圓大小均會影響收音。 1.實驗證明音頻分析器能幫助篩檢特定音頻的聲音也能降低環境其他頻率的聲音干擾。 2.使用聲音感器、音頻分析器加上馬達,能偵測左右聲道音量大小,讓設備轉向音量較大的一方,達到定位的效果。 3.利用伺服馬達知道轉向的角度和三角函數推出距離。 未來我們應用戶外遊戲區定位於小孩或寵物的所在位置,也可以利用特殊救難用途。

「海浪大力士」-沿岸海浪能量取得的探討

台灣四面環海,相當適合大規模建置海浪發電,若我們能在海岸邊興建發電機,不僅可以降低海浪發電的成本,同時也能保護海浪對海岸的侵襲。本研究中,我們使用水輪機盒來獲取波浪的動能,然後藉著改變水輪機盒的結構,以及海浪及海岸狀態,可依據(1)水輪上緣切齊水面且與海岸維持一小段距離;(2)將水輪機盒建置在海浪較大及斜度約40度之海岸;(3)水輪機盒使用導流板、4片扇葉、凹入距離較大及適當高度的水輪;(4)使用數量適當的水輪排列等四項結論,提升獲取能量效益。本研究為能分析細微之能量差異,以水輪拉動物體來表示其能量取得之能力,探討高效益的水輪機盒雛形及沿岸海浪發電的可行方法。

天然抗氧化薊 – – 阿里山薊的保肝作用探討

薊屬植物屬於菊科植物的其中一個類別。台灣的阿里山薊為特有種,被當地的居民製成保肝的茶飲,因而被推知有抗氧化的能力。本研究以阿里山薊和平地薊(不同地區)的不同部位做為研究材料,探討其消除自由基及保護肝細胞的能力,結果發現平地薊有最佳的清除自由基效果。而在保肝效果的部分,無論事前預防酒精造成的肝細胞中毒或事後補救機制肝細胞的傷口癒合,皆以阿里山薊最有成效,為保護肝臟的最佳選擇。

不同「釩」響之新空氣液流電池

本研究可分為兩大主題,其一為提升全釩液流電池之反應時間,二為製作釩空氣電池。為節省實驗成本,皆購入較為便宜之V2O5自行電解為所需之V4+及V3+,並運用自行製作之全釩液流電池,探討其何種內部迴路構造與複合膜可使電池反應時間與理論值最相近,亦自行嘗試製作釩空氣電池,將其沉澱物V2O5拿來重複電解。實驗結果顯示,Type-2反應時間最接近理論值,本團隊之複合膜為PVA、LiCl、與杜邦公司之Nafion溶液聚合而成,與市售之Nafion-117比較結果,本研究之複合膜電壓效率、能量效率及庫倫效率仍不及Nafion-117,但在較高電流80mA下差距接近,且反應時間較快。本研究亦發現碳氈經高溫加熱後,再浸泡於強氧化性酸中會有效提升電池系統效能。

簡易製備石墨烯量子點與應用於細胞成像之探討

我們選擇使用氧化石墨烯作為本次實驗的材料,利用強氧化劑和硫脲切割氧化石墨烯 (GO),得到石墨烯量子點 (GQDs),根據量子的尺寸效應,合成出的量子點越小,放光越藍移;量子點越大,放光越紅移。由於我們想將石墨烯量子點發光的特性應用在細胞成像,因次我們透過改變各種變因,得到放光 700 nm 的石墨烯量子點。由於紅外光可穿透較深層的皮膚,產生膠原蛋白,對於醫療上的應用有極大潛力,我們將合成出的石墨烯量子點加入海拉細胞中,使細胞產生胞吞作用,並且比較四個不同樣品,GQDs 20 min、GQDs 1 hr 30 min、GQDs 20 min + biotin、GQDs 1 hr 30 min + biotin,透過儀器鑑定得知細胞對 GQDs 1 hr 30 min + biotin 的接受度較高,再將獲得的結合石墨烯量子點的細胞應用在細胞顯影上。

天然水膠組織工程支架之孔洞型態探討

長期以來,若人體發生軟骨缺損,僅能依賴藥物或手術來減緩軟骨損傷,但無法達到修復軟骨之目的。 本研究使用天然高分子進行交聯反應製備軟骨支架,透過溶劑鑄造鹽洗法,控制內層孔洞粒徑及數量,探討不同粒徑大小與添加量之造孔劑對支架物化性質與促進細胞分化能力之影響。透過觀察顯微結構,測試吸水量、降解性、抗壓強度與交聯度,並測試生物相容性與促進前驅骨母細胞增生及分化之能力。 結果發現,造孔劑粒徑大且添加量多的軟骨支架 (170-4),雖抗壓強度僅 0.0177 MPa,每克支架吸水量達 14.72 mL ,浸泡於試劑 30 天後,支架不會明顯降解,且不具細胞毒性,促進前驅骨母細胞增生與分化的能力最佳,因此可作為適用於軟骨缺損修復之組織工程支架,提高軟骨修復之成效。

印刷微電極晶片量測酵母菌濃度研究

食品快篩廣泛運用在生活當中,而受到這種機制的發想,本實驗想運用阻抗頻譜推估酵母菌的未知濃度,讓民眾了解自己平日所攝取的物質是否有過量而影響身體健康。本實驗利用網版印刷做出四種不同規格的銀膠晶片感應溶液的阻抗及導電率,用LCR掌上型電錶測量不同濃度的強電解質NaCl(食鹽水)確認晶片能有效的使用,再測量弱電解質醋酸的平衡常數,最後擴大至大分子味精及生物酵母菌,成功得到生物溶液酵母菌的阻抗頻譜和檢量線,如指叉數目為8、指叉間隔為0.1mm的指叉電極,其對酵母菌溶液的檢量線R2值為0.9958,靈敏度為3.08x10-6 ± 1x10-8,在98%信心區間下之偵測極限為0.0125 (顆/1mm2),為生物快篩檢測提供了新的可能。

脊椎矯正器

脊椎乃是人體最重要的部分之一,脊柱後凸,俗稱駝背,『駝背』是一種『姿勢異常』,也是一種常見的後背隆起脊柱疾病,而我們常見的症狀如:胸悶、肩頸酸痛、上背部筋膜炎、膏肓痛、頭痛、胃痛、頸椎病(手麻或無力),有多種原因會導致脊柱後凸,如關節炎,發育不良,坐立姿勢不正確等,駝背導致的『表現』又稱『症狀』,唯有徹底改善駝背,才能真正改善症狀,我們使用了三軸加速度器來做偵測角度的動作,藉由Arduino的HC-05藍芽傳輸模塊傳輸至手機,利用現在正紅的MIT App inventor 2寫手機的軟體作為計算,紀錄次數與提醒人的手機震動來做提醒自己該挺直自身的脊椎了。

自動撿蛋機

自動化作業是目前科技發展的趨勢,本次研究旨在利用影像辨識與自動化機械完成高重複性的動作,並嘗試取代相對高成本的人力,對於日常生活中,在養蛋廠打工時,所遇到的工作內容與相關事務有進一步的改善與想法,透過此次科展將其深入了解、討論、研發、解決、最後完成實現。