全國中小學科展

第64屆--民國113年

開發益生菌外膜蛋白Amuc_1100的穩定蛋白質純化方法

糖尿病和肥胖已成為現代廣泛且嚴重的問題,而腸道益生菌Akkermansia muciniphila能幫助改善糖尿病和血脂異常,其外膜蛋白Amuc_1100為再現醫療效益之關鍵分子,在開發益生菌產品上具有潛力,但本土Amuc_1100尚未被開發,因此本研究分析臺灣不同個體腸道Amuc_1100序列差異,以親和性層析和離子交換層析進行蛋白質純化,發現最佳的酸鹼性條件為pH9稀釋、pH 7.4純化。此外結合AlphaFold人工智慧繪圖,創新發現蛋白質的結構與電性影響與層析管柱的結合能力。本研究不僅成功針對本土樣品開發最適合的純化方法,導入人工智慧更可在學術藥理上發揮價值,並降低產業成本提高應用。

親「蘇」有別-電導度與界面活性劑之研究

用電導度判斷加入不同物質對清潔劑的影響,可瞭解到清潔劑濃度高低和電導度有著高度正相關,本實驗以推論電導度與實際電導度進行比較,發現清潔劑的清潔能力與電導度變化有關,電導度變大其清潔能力也會較高。清潔劑中加入氯化鈣和氯化鉀後電導度變化皆為降低,比較同族水中的陽離子,電荷數大或離子半徑較大時,其產生白色混濁的現象較為明顯,電導度變化也明顯下降,因此推論在含有高濃度鈣離子的硬水中或是含有鉀離子時,清潔劑的清潔能力會被降低,普通低濃度的硬水則影響不大。而清潔劑的濃度在20%以下加入小蘇打,則是能有效提高電導度使清潔力提升。

白浪滔滔我不晃-船隻阻尼器研究

本實驗以指尖陀螺與馬達製作阻尼器,利用角動量的原理來平衡船隻的晃動程度。從實驗結果發現有裝阻尼器的船隻,震動的波形相對較為穩定,表示阻尼器對於穩定船隻有實質上的效果。而改變指尖陀螺的質量和轉速,也驗證了角動量越大穩定的效果越好。希望未來能進行更大的實驗模型,進而實際應用在一般船隻上。

欲就還推-探討影響磁鐵水平磁束縛條件以及利用磁顯卡預測其形成之研究

本研究企圖嘗試探究透過磁鐵特殊的排列,使一個磁鐵處於既相吸又相斥的水平磁束縛態,並探討其形成原理、條件與預測工具。結果發現,一、利用兩個大磁鐵與兩個子磁鐵以特殊排列方式可能達到磁力平衡,且此時磁鐵會在某個區間所受的磁力為零,此磁鐵可以保持移動卻又等距的「磁束縛」有趣現象。 二、磁束縛現象特徵:1.大、小磁鐵數量(磁力)不能差距太大。2.增加母磁鐵數量較易造成磁力不易平衡。3.增加子磁鐵數量下,會增加磁鐵子母磁鐵的夾角。4.增加或減少大小磁鐵的磁力,磁束縛距離改變不大。三、 磁顯卡是可以用來預測磁束縛狀態是否形成的有效工具。

樂高EV3積木遠程遙控多功能陪伴寵物機

本研究主要是以樂高EV3為核心,設計「車炮合一」可遙控的移動載具發射器,並適合應用於寵物互動。我的設計最大特點是透過自製的發射機構,在零食發射系統中可發射10發以上的狗零食,玩具球發射系統最多可發射五球,這些發射的落點集中,力道不強,所以不會對寵物造成傷害,而彈跳的軌跡與次數,均能增加寵物狗的吸引力與趣味。另外機體功能的改良:履帶能適用於多種不同的室內鋪地,與寵物互動不受限制;AI功能中的超聲波智能避障距離20公分內不會碰觸到障礙物也不會對寵物有影響,範圍限制可保障機體,不會有損壞的危險。最後經過與寵物狗實測,發現小狗對本機器播出的語音會有反應,發射出的零食會啃咬,投擲出的小球也會追著玩耍。

鋁試春秋-探討鋁離子電池陰極元件對效率之影響並試做太陽能充電模組

鋁離子電池材料的性質優於其他二次電池。我們將SP-1和活性碳混合,製成不同比例的陰極,進行充放電測試。結果顯示,SP-1能增加充放電容量,而活性碳僅增加充電容量。XRD和拉曼分析顯示,SP-1具有良好的插層能力,而活性碳的強吸附能力使電子難以從陰極釋放,因此對放電的影響不明顯。 實驗中,我們將電池的充電電壓設為2.4V,但有些電池只能達到1.2V。在剪開這些電池後,我們發現其隔離膜上的漿料覆蓋較少,推測是由於Ni-bar的厚度使隔離膜與碳紙之間存在空隙。經過調整後,情況有顯著改善。 最後,我們將四個電池組合,透過太陽能板充電,成功使3V的馬達運轉,證明我們的太陽能充電模組是可行的。

離岸生態浮台的追日系統研究

全世界為對抗氣候變遷,努力發展再生能源;臺灣寸土寸金,實在不利於佔用大量土地的太陽能農場開發!我們以phyphox App軟體之GPS及不含重力之加速度,比較出有無定錨下,浮板塊漂移的穩定度外,也設計出依太陽的東昇西落之不同光照仰角,讓程式驅動水平軸及垂直軸伺服馬達轉動的雙軸追日系統,並成功的設計四季東昇西落定點軌道裝置,可比較出有雙軸追日的發電總功率為無追日的夏至達1.4252倍、春秋分1.3619倍、冬至1.2654 倍。 最後,我們引用澎湖魚滬的概念,創新設計縮小版的生態浮台,希望能模擬整合西部離岸的漂浮太陽能發電與農漁業生態或觀光產業,綠能、發展經濟又能兼顧環境教育,豈不美哉!

甜蜜負擔—探討高糖高脂肪對學習和記憶的影響

本研究目的在於探討高糖高脂飲食對小鼠學習、記憶與生活自理能力的影響,以及加強運動是否具有改善作用。規劃正常對照組、高糖水組、高脂飼料組與高糖高脂組,並加入加強運動計畫,對小鼠進行實驗。最後透過水迷宮、Y型迷宮及築巢能力實驗,以行為測試評估小鼠的學習與自理能力。結果顯示,高糖高脂飲食顯著降低了小鼠在水迷宮中尋找平台的能力,以及降低了小鼠在Y迷宮中探索新區域的傾向,顯示學習記憶能力受到干擾而減弱;同時,築巢行為亦顯示出類似趨勢,指出小鼠的生活能力有所下降。然而,加強運動能夠改善這些受到干擾的學習與認知功能,尤其在高糖高脂組中效果最為明顯。本研究強調了健康飲食與運動在小鼠學習與自理能力方面的重要性。

滑翔吧!旋轉中的飛行器

我們使用一般的紙杯,做出能在空中滑翔的紙杯飛行器,經過一系列的實驗設計,我們認為飛行器內外輪徑要有差異、外輪與內輪要有些重量差異,外輪杯口有重量且光滑平整,紙杯飛行器滑翔的距離會越遠,但飛行器的長度對紙杯飛行器滑翔的距離並不會有太大的影響。

「震」古鑠「金」一一外加磁場對金屬球震盪模式之探討

本實驗探討金屬球在外加磁場的轉動阻尼震盪運動。在外加直流穩定磁場後,將金屬球扭轉數圈後放開,我們發現相較於沒有加磁鐵的對照組,自旋角速度會產生改變。實驗在改變單項初始條件的情況下對轉動過程進行錄影,並用tracker進行分析,由標定球上2點之相對位移關係來得出整體的角速度,將其運動過程的相關函數圖與標準組進行對照以定性分析不同變因對轉動的影響。