全國中小學科展

第63屆--民國112年

新創多功能擴展顯微鏡技術

擴展顯微鏡技術是以高分子化學與物理化學原理放大生物樣品的體積,相對地提高光學顯微鏡解析度至奈米等級。目前所使用的方法,無法有效標定細胞膜、胞器膜與脂質,且採用受質專一性低的蛋白酶K,易導致螢光訊號流失。為改善上述缺點,本研究先用酪氨醯胺訊號放大技術增加螢光強度,再用受質專一性高的胰蛋白酶以減少螢光訊號流失。因新方法使用酪氨醯胺和胰蛋白酶,簡稱為TT-ExM。實驗結果顯示此方法可更清楚標定細胞内多種生物大分子,如蛋白質及脂質,也適用於DNA染色。利用共軛焦顯微鏡即可進行超高解析度觀察,含各種微細的胞器、脂膜、和脂球結構,及染色體與粒線體DNA。本研究論文已投稿專業期刊審查。

LH對快篩試劑顏色深淺定量

隨著快篩的實用度提高,我們希望能夠更了解快篩的原理、適合快篩的濃度與體積,以及最合適的作用時間,我們以色彩灰階值作為顏色深淺定量。由於COVID-19的檢測試劑需要高規格的實驗室,因此我們選擇較易取得的排卵試劑,我們跟龍騰生技公司取得排卵試劑以及黃體素80MIU濃度的尿液,我們將原濃度尿液體積分成30、50、75、100μl,發現每種濃度的深度大致相同。我們將原濃度分別稀釋成1、2/3、1/3、1/9、1/27、1/40、1/50倍,發現顏色深度隨著濃度下降變淺。而快篩可測得的最低體積介於25μl~30μl,最低濃度則介於1/50~1/55原濃度之間,每組數據皆在8~9分鐘時達到穩定。

鱟來的故事─二齡三棘鱟的發育與攝食

本研究探討鱟在室內養殖環境下的之生長情形及視覺嗅覺感官對攝食的影響,結果發現在室內養殖環境裡,鱟受精卵在水溫恆定30°C環境下孵化為一齡鱟的速率較室溫環境下明顯為快。另外,一齡鱟在經過長時間未進食後,在75天後爆發式的成長至二齡鱟。幼鱟在不同亮度環境下,多數的幼鱟會持續停留在照度適宜的區域。少數明顯對白光表現趨避行為的幼鱟,大多是向暗區移動,對白光呈現逃避的特性。分別在綠紅藍三種色光的環境下,多數鱟會持續停留在初始區域。少數明顯對色光表現趨避行為的鱟,對綠光與藍光較會表現逃避的特性,呈現向暗區移動,對紅光的則顯示趨近的特性。二齡鱟能分別以嗅覺與視覺感知食物的位置並朝其方向移動接近。

銀離子對於生物性電阻式記憶體影響之研究

本研究以生物性材料取代傳統無機材料製作記憶體,期待解決電子廢棄物累積的問題。實驗選用鹿角菜膠作為記憶體絕緣層,透過溶液-凝膠法製備成生物性電阻式記憶體,並探討金屬銀離子的摻雜與否對於電性表現的影響。本研究發現,藉由銀離子參與燈絲組成,可使元件ON/OFFratio比提升為103,並降低記憶體的開關電壓與提升其可靠度等表現。我們亦透過線性擬合確知本研究製作之電阻式記憶體符合蕭特基輻射模型,判定元件組態切換行為屬於燈絲傳導的可能性。由於摻雜銀離子對於生物性記憶設備的電性表現有明顯提升,離子與天然材料的組合可望成為下個世代記憶存貯產品的有利競爭者,並為未來電子元件發展提供新的方向。

千迴百轉 ,尋密初心 —封閉折線在方格圖形內運動軌跡經過的最多格數

本研究探討封閉折線在方格圖形內運動軌跡經過的最多格數,分矩形邊長為n×n、 n×(n+k)討論,再細分為n≡0,1,2,3(mod 4)及k≡0,1,2,3(mod 4)討論,並依各種情況歸納後提出最多格數之公式,使用數學歸納法證明其正確性,並且推廣導出n×n×n正立方體的最多格數之公式。

抓不住你的味~以本校五年級學生為例

這幾年疫情的關係,許多人在確診後味覺受到影響,深感到味覺的重要。但味覺不單是口中品嚐到的味道,而是與其他感知均有關聯。本實驗探討顏色是否會影響五年級學生運用視覺、聽覺、嗅覺、觸覺判定甜味?我們以日常生活中會看到的三原色、漸層色來調製糖水,再以無色糖水對照進行實驗,分析了解使用感知判定甜味,會使用哪些方法呢?我們邀請本校五年級的學生進行實驗,實驗後填寫問卷,共回收1277份問卷,內含有效問卷數1109份,進行問卷整理,並統計分析數據及製作圖表,希望藉此研究,讓我們更能了解各感官對甜味的關聯性,並且認識自己的味覺。

數字轉轉彎

本作品將數列與直角坐標做結合,探討不同數列及不同旋轉角度的情況下,整理所畫圖形的特徵,並歸納出各組組合之間的關聯性。 總結出以下幾點: (1) 以所畫圖形為例:從原點出發,旋轉角度設定為90°,數列an除了n≡0(mod4)時某些情形無法回到原點外,其餘情形皆能畫出回到原點的圖形。 (2) 以執行的最少次數(最小執行次數)可推算出為t=(lcm(α,n))/n。 (3) 以數列的變化來說,我們發現首末項交換會使圖形位移接著旋轉或數字的顛倒排列的圖形則會有位移再以tan⁡〖((π-θ)/2)x=y〗為對稱軸進行線對稱的變化。 最後,本作品試著找出一般化公式,並期望能推廣到在得知α、θ、n後,會產生出何種漂亮的圖形。

挺立-應用全身辨識輔助站姿調整即時回饋系列之研究

學生在生活中常常不知不覺地彎腰駝背,導致姿勢不良,造成肌肉以及骨骼受傷,通常在健康檢查照X光才有所發現,為時已晚。「挺立」系統設計的TM POSE在不同情況下平均準確度達80%以上;全身辨識部分準確度也達85%。此系統設定TM POSE當作第一層把關,若辨識後的信心度不足0.8,透過MQTT,啟動第二層全身辨識系統,最終的判讀結果透過語音朗讀的機制即時回饋給使用者,即時提醒身體何處「姿態不良」,可盡快調整站姿。「挺立」系統當作「不良姿態」檢測的把關先鋒,照顧所有師生,讓我們避免於脊椎病變引起的疾病,實屬不易。

「磁」「明」無雙 — 磁性碘氧化鉍可見光光觸媒對淨水效率之研究

本研究成功以不同化學方法自製磁性奈米粒子,並利用水熱法(Solvothermal)合成可見光光觸媒碘氧化鉍(Bi4O5I2),再以不同比例複合出具磁性的光觸媒,藉由光降解結晶紫(Crystal Violet)染料實驗探討分解染料效率最佳之複合樣本,其最佳樣本為Bi4O5I2 -Fe3O4-90 %,反應速率常數達0.1118 h-1,並運用一系列儀器檢測其特性並探討其與光催化效率之關聯性。此外,針對觸媒在生活中的應用性探討,在生活不同水質、極端pH值或是高濃度之有機汙染物均仍保持良好的降解效率,並以Arduino開發板搭配各項組件模擬小型淨水場,以達到自動化降解有機汙染物。另外,利用自製紫外光照光裝置模擬捕捉CO2之光催化反應,並使用Arduino開發板之氣體偵測器確認生成化石燃料作為未來展望目標。

以少勝多

本次實驗的目的是在探討若要將方格全部照射到,不同尺寸的正方形及長方形與放置最少點光源數量的關係。研究結果發現:正方形尺寸最少燈泡數量放置方式第1、3、7、9格不放置燈泡的規律性,是邊長18cm之後就會再一次循環增加,因此當正方形的邊長為n,n÷18=k…h時,放置最少燈泡數量s=n-k×4-k1(若k≧3時,s=n-(k-1)×4-k1,k1=h在第一個循環裡可以減少的燈泡數量)。寬為n的長方形,當長≧寬×2+1時,放置最少燈泡數量s=寬度,而當長<寬×2+1時,最少燈泡數量,從n×n開始會以「斜線」數列依序增加。