全國中小學科展

第63屆--民國112年

設計與合成活性螢光探針應用於硫化氫之偵測

本研究設計出一款新型偵測硫化氫之螢光探針,螢光主結構選用BTIC,以疊氮基偵測硫化氫,利用側鏈將探針帶入粒線體。本實驗已合成出BTIC-N3和BTIC-N3-2,並透過NMR氫譜確認獲得目標產物。利用UV燈及螢光光譜儀證實兩款探針對於硫化氫的偵測能力並且兩款探針在10分鐘內皆可顯現出最高螢光強度,且BTIC-N3-2具較佳的螢光效果。此外,在選擇性測試中,加入硫化氫的探針產生之最高螢光強度約為其他試劑的9倍,確認了探針對硫化氫的高度選擇性。最後,我們預計將探針實際進行生物顯影,做多個結構顯影的比對。希望此款螢光探針除硫化氫偵測外,還能夠進行生物機制探討或疾病細胞篩選的應用。

辛克曼的難題—Z形棋的挑戰與擴充

我們從數學遊戲書裡發現西洋棋名家辛克曼發展予以解析並得到擴充結果如下: 一、使用P3V型、P4Z型、P5P型、P6R型與P3I型,以K移動位置作為橋接點VBr,我們找到k值作為多階段移動結果組合數可得到最少移動總次數。 二、複合路徑圖以重圖為主,是EQ和El兩種路徑複合圖。 三、4點配置BR,當弧形邊數EQ≥2,弧形邊可以視為B-K型組路徑,階段中直線數El≥2則可以視為R-K路徑。度序列衍生路徑組合若EQ≥2優先配置B,El≥2優先配置K。 四、P6複合路徑圖的正例所有點都符合DS≥2,反例特徵係每張圖至少有1點DS=1,可2B2R、3B1R、1B3R、4R,3B1R配置條件EQ≥3,2B2R配置條件EQ≥2,1B3R配置條件EQ≥1;但若圖中有2點DS=1且EQ=1,僅能配置4R。

數位彩色參數測量溶液性質

本研究探討溶液顏色與色彩參數RGB 值關係,在測量裝置開發上:光源上採用平板螢幕發光,讓試管色彩數值均勻,也可調整入射光強度與種類。在容器上,以方試管改善圓試管的不均勻吸收。以五層(長)試管,驗證多層數、高濃度,對應RGB 值會規律下降。所設計的裝置與手機 colormeterapp方法,可即時、簡單地測量方框內色彩參數平均值。以上設計已成功提供有色化學反應研究。 以此新設計,研究6 種指示劑酸鹼變色,將指示劑分類,並找出分子結構與 RGB 值關係。也成功應用在化學反應速率測量上。這發展出的方法裝 置,能應用在生活上,藉由將色彩變化定量,來解決許多問題。

埋「崙破」「柱」—拿破崙多邊形與角柱截面之探討

本研究主要在探討拿破崙初始n邊形與拿破崙正n邊形以及正n角柱的關係。研究中得知只需知道拿破崙初始n邊形的相鄰兩邊與其夾角,即可推得完整拿破崙初始n邊形,進而求得拿破崙正n邊形的邊長與面積,且證明初始 n邊形的頂點共橢圓。 此外,觀察正三角柱與一平面截出三角形,利用畢氏定理,可從三角形邊長推出正三角柱底面邊長,並將其推至拿破崙初始n邊形與正n角柱;發現當正n角柱底面和截面夾角固定時,截出的初始n邊形所作的拿破崙正n邊形皆全等;最後,我們利用解析幾何,證明任意三角形皆為一正三角柱與一平面的截痕,並透過投影面積與底面積,得知截面與正n角柱底面的夾角,企圖從幾何面確切應證如何截出該三角形。

一果一世界—正榕榕果的小宇宙

本研究發現可由顏色或苞孔開閉判斷榕果分期,幫助教學或採集小蜂。隨著果高與果徑增加,果腔直徑同步增加,果壁厚度改變不大,果腔產生空隙,方便小蜂授粉與產卵及雄蜂移動、交配。B期外苞片逐漸成深紫色ㄚ形可鬆開,加上苞孔周圍黃色,是小蜂辨認苞孔位置時除香味外的著陸指標。苞孔發育過程配合開閉及香味釋出可決定小蜂進入時機,白斑有乳管分泌乳汁幫助對寄生蟲癭與食草昆蟲的防禦。小花有獨特空間排列使柱頭與花藥生長向著榕果中心,兩種雌花交錯排列使柱頭在同一水平,可平衡授粉或產卵機會。各色榕果葉綠素總量相似,可見色澤轉變仍可光合供養。果內有授粉蜂一種,寄生蜂5種,還有線蟲、蟎、甲蟲幼蟲、螞蟻等生物,榕果充滿物種多樣性。

「峰」芒「幣」露:從聲波判斷真、仿幣

近年來,仿幣氾濫的問題引發廣泛討論,日常生活中我們也曾經收過仿幣。本實驗利用真、仿幣的物理性質及聲音的波形來比較它們的差異,希望可以找出分辨真、仿幣的方法。我們測量了真、仿幣的體積、重量及密度,並且利用專業錄音室的電容式麥克風及音頻分析軟體來收集不同的真、仿幣敲擊相同金屬物體所產生的聲波波形。實驗結果發現: 一、物理性質:仿幣與真幣相比,直徑相似、厚度不一、重量較輕、密度有顯著差異。 二、聲波測試:在8.5K(Hz)以上頻率,真幣具有相似的波形與峰值區間、仿幣峰值區間比同幣值真幣低。 三、聲波比其他物理性質更能鑑別真幣和仿幣。

孤注一擲:購物傾向與價值知覺研究

過去研究認為理性判斷在人的決策過程(包括購物)中具有重要影響力,但追求「未知刺激」的購物行為在日常生活中仍時有所見。有鑑於此,本研究設計實驗,驗證人們在完全自主選擇情境和沒有特定偏好情境中的購物選擇。研究結果發現:人們購物時,確實多數會秉持理性判斷選擇安全的已知結果而非冒險的未知選項;就算選擇冒險的未知選項,背後還是受到以期望價值為基礎的理性規則約束。總而言之,人們的購物行為如同過往印象,傾向理性判斷過程。本研究探討了購物行為和理性的關聯,為販售類似性質產品的商家在商品內容設計及訂價方面或能有所啟發。

風水輪轉―氣、液兩用特斯拉渦輪發電機設計與應用探討

2050年淨零碳排的目標,全球積極發展再生能源維持充足的能源供應。本研究以廢棄光碟片製作特斯拉渦輪,學習大自然黃金螺線改良;分別以空氣及水兩種流體,比較渦輪轉速效果,轉子採用螺線數量:0條、2條、4條或6條,分別搭配0度、10度或20度入口角度。氣源壓力為1.00kgw/cm2時,採用4條螺線,搭配0度入口,轉速為1735RPM,相較特斯拉渦輪轉速746RPM,轉速提升133%;水源壓力為0.50kgw/cm2時,採用4條螺線流道,搭配10度入口,轉速為657RPM,相較特斯拉渦輪轉速381RPM,轉速提升72%;透過黃金螺線引導,可有效提升低壓流體的渦輪轉速。以氣源帶動渦輪成功驅動輪轂發電使LED燈照明;並對鋰電池進行充電,展示特斯拉渦輪發電效果。期盼可以發展成小型發電裝置並應用。

海藻酸鹽雙層水膠搭載聚電解奈米粒子應用於慢性傷口之研究

本研究嘗試以海藻酸鹽設計製作雙層水膠,並搭載奈米粒子於雙層水膠中,達到兼具治療與保護傷口的效果。 透過實驗數據驗證,此雙層水膠之儲存模數相比人體細胞外間質,得知水膠足以提供傷口張應力。而表面帶負電之奈米粒子,其粒徑尺寸~1849nm,以及界達電位負電峰值為-19.9 ± 0.2mV,能夠有效地吸附帶正電之生長因子並持續釋放。另外,藉由水膠不同的降解速率及載藥特性,達到首先減緩發炎反應,並給予血管新生功效。動物實驗成功建立模型,由一般傷口證實,加入水膠與抗發炎因子IL-10/促血管新生因子VEGF+PDGF療法的實驗組別,其修復期較短,由db/db糖尿病鼠模型證實生長因子的釋放有助於傷口癒合。說明研究中的海藻酸鹽雙層水膠系統,極具持續開發與應用的價值。

圖形上蛀點之不得不切割片數與不得不切割片數最小及最大之探討

本作品研究「將一塊正三角形的布,沿著圖形上節點即蛀點作切割,延伸至邊長為正整數的正三角形與正方形,且不管蛀蟲咬在哪一蛀點上,並分別切割成數個邊長為正整數的小正三角形與小正方形。發現原正三角形與原正方形在圖形上的所有蛀點,除去對稱性後,留下必要蛀點,並導出它的一般式。利用質因數分解找出邊長為合數的情況下,它的不得不切割片數最小,同時呈現必要蛀點在圖形上之分布。再者,利用邊長為某兩正整數(兩正整數皆大於一且可相等)切割後的相似圖形,找出邊長為兩數相乘的不得不切割片數最大與這兩數之關係,結果發現正三角形最上方第一個蛀點與正方形最左上方第一個蛀點的不得不切割片數必為此圖形的不得不切割片數最大。」