全國中小學科展

第61屆--民國110年

不離不棄的保麗龍箱-模擬高速行駛下小貨車後斗空氣流動的變化及應用

我們發現了一段離奇的新聞:貨車上的保麗龍箱在快速道路上掉落後,竟反彈回車上,究竟是什麼力量造成的呢?實驗發現,當小貨車行駛時,後端因為形狀而產生卡門渦街,當靠近後斗口中間的渦街把空氣帶入後斗口內,就會造成一個往內的吸力。且隨著速度變快,吸力也逐漸增強(約可增加1.2-2倍)。我們經過不斷測試,發現風洞兩側鑽洞後,會在後斗口除卡門渦街外,另外造成一個上進下出的氣流,所以最後成功的還原出當時比中獎機率還低的新聞畫面。我們也研究這個吸力是否能成為車子前進的助力,經實驗發現,其空氣阻力減少率不論是無門後斗或是另外兩種改良型,都比有門後斗多出20%以上,其中V型後斗門甚至可以接近40%,明顯達到減少汽車油耗的效果。

碳為觀止-回收式生物炭吸附光解膠囊

將廢棄物轉質為吸附材是當今趨勢。本研究建立具再現性之碳化程序,將花生菱殼、雞骨龍蝦等製成生物炭,並建立吸附SOP來探討最佳處理參數,最後將其製成回收式生物炭球。 實驗發現動物炭因為含有高比例無機物(97%),可經由酸洗提升生物炭的等重吸附率,雞骨炭因無機物分布位置特殊而具有發展潛力(超越市售活性炭)。整體而言,酸洗能有效提升生物炭吸附亞甲藍(99%)、動物炭吸附甲基橙(39%)能力(活性炭吸附亞甲藍70%、甲基橙2%),生物炭還能夠吸附鈷離子。 實驗以雞骨炭/海藻酸鈉=5來製作炭球,符合材料經濟最大,且吸附效果良好。最後也將自製光觸媒分散至炭球表面,使觸媒炭球吸附染料後能照射陽光再生,重複使用

利用三棘鱟稚鱟鱟殼作為應用材料之評估

目前,三棘鱟已被列為瀕危物種。在美國,藥廠為了保育野外的稚鱟族群,會以商業化模式進行人工飼養和放流復育,以利生物資源的永續。本研究先以DMSO進行稚鱟鱟殼成分的萃取,再進一步探究能否將其應用於抗氧化和抑菌之可能。此外,由於鱟殼能吸附水分,且當中的螢光物質能與銅離子結合,因此,實驗也利用了鱟殼碎片做為吸附汙水中銅離子的濾材。結果顯示,稚鱟鱟殼萃取液具有良好的抗氧化特性、同時也具有抑制大腸桿菌生長的效果。此外,鱟殼也能有效地吸附硫酸銅溶液中的銅離子,並且利用金屬螯合劑(EDTA)溶液清洗後,讓鱟殼可重覆使用淨化水中銅離子。總結,應用稚鱟鱟殼做為生物材料,以人工飼養除能延續物種永續外,還能兼顧商業應用達到雙贏。

休息是為了走更遠—阿拉伯芥之耐熱記憶

阿拉伯芥的長期後天耐熱性(LAT)有如人類的「學習」,如何延長其「記憶」為本研究探討的主要目標。本研究首先以改變熱處理間期之光週期來確立hsp101、hsa32在光照期變短下,LAT處理後的存活率有提高之趨勢,而西方墨點法也發現HSP101之表現量與存活率有相同的趨勢,LAT耐熱記憶的延續與否和HSP101的量息息相關。低溫實驗與光照期變短在存活率、西方墨點法的實驗結果相似,顯示低溫與光照期變短可能皆是透過使阿拉伯芥的代謝減緩,進而減少HSP101的降解,使突變株的存活率提高。未來可應用在農業生物科技,透過低溫或低光照處理來提升較不耐熱品系之花卉水果作物的耐熱性,延續其LAT的耐熱記憶,從而提升其對抗熱逆境的能力。

以靜「製」「洞」--探討梅氏長海膽Echinometra mathaei之生態及其與石洞的關係

梅氏長海膽屬於棘皮動物,身上布滿短且較粗棘刺,居住在潮間帶偏低潮帶的石洞內,整年都能見到,數量穩定。 牠們屬於被動防禦生物,被碰觸到時會將棘刺往碰觸地方集中,側面棘刺會頂住石洞洞壁,使自己牢牢固定在洞內,難以被撼動。 透過3D石洞模型實驗,在可選擇情況下,牠們會待在大小適中石洞,且深度必須可以掩藏自己,如果石洞有內凹或有遮蔽,都可以讓海膽待得更久,而狹長型石洞則是牠們最喜愛的石洞。 透過野外長期調查,梅氏長海膽確實會慢慢經營石洞,若不得已換了洞,還可以利用棘刺長短來符合石洞大小,牠們也可以長達數個月甚至數年不出洞,只要時間夠久,最終都會將石洞經營成狹長形,而這也就是潮間帶主要的海膽石洞型態。

我最出色

藉由實驗將科學知識與原住民傳統手工藝技術相結合。植物染布的歷史悠久,製作方式十分天然環保,本研究選用原住民用於染布的傳統植物「薯榔」做為染劑來研究。 本實驗發現以生豆漿為助染劑,清洗後布掉色不明顯,表示助染劑確實能幫助布料上色,而且使用溫度越高的薯榔染劑,染出的布顏色越深。再來使用媒染劑確實能使染布固色,使用不同pH值的媒染劑,布料會呈現不同顏色,例如鹼性澄清石灰水使布料近褐色、酸性醋使布料近黃色。布料浸泡染劑與媒染劑的順序以兩者分開先後使用較佳(先薯榔染劑,後媒染劑)。若染布髒了,以洗衣精當作清潔劑為佳,因為染布能維持原本色澤。最後,染布的晾乾方式以陰乾為佳,才能讓布維持原色而不易褪色。

旋風登台,引領流「型」—探討台灣島嶼地勢對颱風流型變化之影響與模擬

為了分析颱風是否受到台灣地形影響而改變風場,本研究分析近20年間29個西行颱風,以全台20個測站風向資料,繪製流型圖,將颱風在不同位置時的環流特徵進行分類,也製作氣流裝置搭配保麗龍沙模擬各種流型。我們一共分出12種颱風流型,選擇路徑1~5號西行颱風進行流型分析,颱風離台灣較遠時(123.5∘E),有尾流區或背風渦旋產生;離台灣較近時(122∘E),不同位置有顯著的流型差異;過山後(120∘E),在其餘位置也都有地形效應;1號路徑颱風,氣流主要由南沿山往北吹;5號路徑,氣流主要由北沿山往南吹。實驗模擬,用乾式氣流場搭配保麗龍沙在直進型、螺旋型氣流場中觀察滯流區及尾流區等結構,使用熱線式風速計,並繪製等風速圖獲得與實際流型資料相似結果。

氣球般的鯊魚~沙勞越頭鯊繁殖解密

本研究主要著重於台灣西南海域的沙勞越頭鯊(Cephaloscyllium sarawakensis),又稱為沙勞越絨毛鯊)。透過在高雄梓官區的蚵仔寮下雜魚場將近二年的觀察和採集,記錄沙勞越頭鯊的數量、大小、性別等重要資料,再透過數據分析,推算出牠的繁殖週期。近期學界發現沙勞越頭鯊特殊的生殖方式-持續單一卵生(sustained single oviparity),我根據這個理論分析採集紀錄的數據推測沙勞越頭鯊的產地及繁殖季節,而且我在將近兩年的調查記錄沙勞越頭鯊發現了牠們有不少特點。文中可以完整地把我這近兩年來調查記錄的所有發現一一陳述。

防淤大作戰~探討水庫淤泥問題及其改善方法

本研究透過資料蒐集了解台灣的水庫現況,其中的13座民生水庫,平均淤積量已超過三分之一,因此,水庫的清淤刻不容緩。 經設計實驗探究發現:自然的水流不易帶走泥沙,需要大量的水流或攪動,比較容易透過水流帶走泥沙,達到排沙效果。 另外,發現運用洩降排沙時,壩體底孔開啟的閘門應該選擇接近泥沙和水的交界處,再使用適量的水就能達到較佳的排沙效果;並發現移動式虹吸的排沙方式,排沙效果較佳,是一項簡易方便的清淤工法,如果能再配合攪動泥沙的方式進行虹吸,排沙效果應該會更好。 最後提出建議:可以增加排沙道長度,讓不同工法排出的泥沙可在排沙道上流動一段時間,泥沙因沉降作用而分離出泥沙和水,再將較乾淨的水源導引至水庫內再利用。

纖維素內切酶GsCelA自我斷裂之研究

生質能源製程中,常將植物細胞壁中的纖維素進行水解,此反應在高溫環境中進行較具商業優勢,故開發耐高溫的纖維素酶具重要性。發現自嗜熱菌的纖維素內切酶GsCelA在高溫中具高活性。初步研究發現GsCelA蛋白質序列N端後第315和第316個胺基酸間會發生自我斷裂現象,導致酵素活性及熱穩定性提升。本實驗在GsCelA的N端及C端分別製造定點突變,探討GsCelA自我斷裂性質。實驗結果顯示突變GsCelA自我斷裂速率較低,而EDTA可抑制自我斷裂現象;已斷裂GsCelA可催化自我斷裂發生,而N端突變GsCelA不具此性質;部分實驗可觀察到已斷裂GsCelA具兩種分子量相異之形式。未來我們將設計實驗探討兩種已斷裂GsCelA間的關聯及自我斷裂機制如何用於改良纖維素酶應用價值。