全國中小學科展

高中組

活體垃圾車

為了要了解麵包蟲食用保利龍及 PE(保鮮膜)的情形,我們自 2006 年 2 月至 6 月做了以下的實驗,將自商家買來的麵包蟲分為四組,每組 40 克,各組分別餵食老鼠飼料、PS(保利龍)、PE(保鮮膜),以及完全不餵食的對照組,每天中午紀錄其幼蟲重量,蛻變為蛹及蛹變為成蟲的情形,另外,也檢測其消化速率、消化道的 pH ?及糞便中的內含物。結果發現餵食保利龍及 PE 的消化時間較久,腸胃道的 pH 值也與吃老鼠飼料組的略為不同,較偏鹼性;在幼蟲的總重量方面,總重減少的情形類似對照組,顯示其應該無法自保利龍及 PE 中獲得攝食能量,而且在糞便的分析中發現,吃保利龍組的糞便中已無原來的保利龍,可見麵包蟲是可以消化掉保利龍,但如何消化?轉變為何物?則需進一步探討。

麻芛抗氧化及誘導血癌細胞凋亡之研究

麻芛為中台灣夏天的傳統食物,屬本土麻類植物。本研究旨在探討麻芛甲醇萃取物之抗氧化能力與誘導癌細胞之凋亡潛力。在氧自由基吸收能力的測定中,葉萃取物比莖或根具有更佳的抗氧化能力,在總多酚含量上也顯現相同的趨勢。此外也發現麻芛的抗氧化能力與其總多酚的含量有很好的相關性。由高效能液相層析儀分析得知,在麻芛葉中可得原兒茶酸、咖啡酸、綠原酸、對-薰草酸、阿魏酸與芸香?等六種酚類成分。當加入麻芛葉萃取物時,血癌細胞有明顯 DNA 斷裂情形發生,而在凋亡相關之基因表現上,c-Myc 和 Bcl-2 mRNA 隨時間明顯降低,而 Bax mRNA 是稍微增加。因此,麻芛在體外試驗確實具有抗氧化和抗癌的效果,對於抗血癌細胞的化學保護機制是有幫助的。

滴水不漏,奈米寶特瓶—奈米複合材料的應用

本實驗旨在探討:加入改質蒙脫土的PET 其阻氣阻水性是否提升。我們先取市售不同厚度的PET 寶特瓶,測試其阻氣阻水性的關係;結果發現:盛裝氣泡式飲料的PET 寶特瓶普遍膜厚較厚,因而阻水性較佳。又因為我們取的市售寶特瓶的原料皆為PET,其瓶身性質大約相同,所以可以比較不同膜厚間之阻氣阻水性。我們接著在PET 中添加改質蒙脫土,試試看PET 的阻氣阻水性是否較原來的PET 優良。結果發現:PET 在加入改質蒙脫土後,會破壞蒙脫土的層間結構,並使蒙脫土均勻分散於PET 中、發揮阻隔的效果,使PET 的阻水性增加逾十倍。

現代龐德~水黴菌

台灣重金屬污染日漸嚴重,因此我們想找出簡便、快速、價格低廉的檢測方法。許多研究報告指出水黴菌對重金屬十分敏感,因此我們利用水黴菌這項特質來檢測水中或土中的重金屬濃度是否過高。首先我們測量水黴菌對不同重金屬的敏感程度,發現水黴菌對鋅離子較敏感,再來我們對鋅離子做更進一步的研究,我們發現微量的鋅離子反而是有助於生長的,但是超過1ppm 便對水黴菌的生長有害,超過150ppm 時水黴菌則完全無法生長。對於其他重金屬,我們發現當銅的濃度超過450ppm,鉛超過600ppm 皆會使水黴菌完全無法生長。我們只要將疑似受重金屬污染的水或土壤以煮沸或用火燒的方式,進行初步滅菌,並將其放入培養基中,進行水黴菌的平版培養,便能檢測其重金屬是否過量。相較於現行的檢測方式,這種方式明顯較省時、省錢,加上菌種取得容易,判別方式又簡單,且較普遍化,如此一來我們就可以有效的避免銅木瓜等的情形發生了。更進一步,我們亦希望找出能大量吸收重金屬的植物,解決台灣日漸嚴重的重金屬污染問題。

千「迴」百轉的遞迴圖形

在遞迴式an+2=|an+1|-an中簡單的代入幾個值,發現有九個一循環的現象。在一番巧思之下,我們先證明:函數f1(x)分別為1及-1、f2(x)=x,且fn+2(x)=|fn+1(x)|-fn(x), ?n?N, f5(x)與f6(x)圖形對稱於x=1/2,進一步證得遞迴式循環,再將初始值伸縮至a1, a2為任意實數值。解法固然令人拍案叫絕,但令我們深深著迷,決定投入大量心血在此研究的原因,乃是遞迴式an+2=β|an+1|-an,當0<β<1時,點(an, an+1)構成遞迴圖形的種種現象。 我們大量使用了函數及圖形分析的方法,定義函數fβ(cosθ, sinθ)=(sinθ, β|sinθ|-cosθ),發現f (n)β皆為 ?連續函數;?一對一;?(cosθ, sinθ)逆時針旋轉時f (n)β(cosθ, sinθ)同樣逆時針旋轉。藉由上述的性質推得遞迴圖形?在角度上稠密;?形狀與初始值無關;?初始值的改變產生相似的遞迴圖形。 在研究過程中,發現β=0.86的遞迴圖形有別於其他β值,有待未來,我們四人能一窺遞迴圖形的終極密碼。

逆向第一型轉形生長因子( Antisense TGF -α )基因的表現對人類肺癌細胞生長的影響

癌症的形成與細胞的不正常增殖相關,正常細胞因為細胞的增殖受到嚴密控制,所以不至於發生細胞無限制增殖的情況。以皮膚為例,即使一個細胞變成兩個,但依照程式,其中一個不久即會死滅。癌細胞則沒有此種程式,它們會成等比級數增殖下去,因此,病理學上把癌症定義為「失去自律性的增殖」。將正常細胞用培養皿培養時,若培養皿表面覆蓋一層細胞,增殖即會終止。又細胞互相接觸時,就會改變方向而排列在一定方向(接觸阻止現象),這是因為細胞膜經常做為控制增殖或運動的感應器,完成其正常任務的關係。但癌細胞則沒有此種控制功能,所以將無休止的增殖,甚至跨上鄰接的細胞,一再重疊。 而調控細胞增生現象的基因,根據目前所知已有上皮生長因子群( epidermal growth factor family ; EGF family )等,而第一型轉形生長因子( transforoing growth factor -α; TGF -α )即為其成員之一,此基因存在於正常細胞與轉形細胞( transforoed cell )中,具多重之功能,包括胚胎細胞遷移( migration )、細胞增殖 ( proliferation )、細胞分化( differentiation )及細胞外間質的形成等,是肺癌細胞株維持生長的一個極重要生長因子。人類的 TGF -α 基因位於第二對染色體的短臂上,基因全長約 100Kb 包含六個 exons 。而 TGF-α 基因轉錄之 mRNA 大小約4.8kb ;人類和 mouse 、 rat 之 TGF -α 膠基酸序列相同度( homology )達 90 %。 本實驗以人類扁平細胞癌細胞株( squamous cell carcinoma ce11 line ) H226 、及 H226 腦轉移細胞株 H226Br 為材料取 RNA 進行反轉錄聚合酵素連鎖反應( RT-PCR ) 所得 TGF-α cDNA 涇淘選純化( elution )後,再經載入質體,篩選純系(clone )做大量的複製,最後以限制酵素將 TGF-α 基因從質體中切出,構築反向( anti- sense ) TGF-α質體,因反向 TGF-α 基因能中和正常的 TGF-α基因,使其不能表現。希望將來能夠感染( transfect )至人類肺癌細胞株使降低其生長速率,讓基因治療研究有更進一步發展。

再次揭開水玉黴的神秘面紗

在經歷過「糞便上的奇葩」及「水玉黴的熱線追?」後,我們對資料極稀少的水玉黴引起進一步探討的熱忱,故於前次實驗中了解水玉黴的生活習性後,繼續研究引發這些習性的機制,利用立體解剖顯微鏡觀察、生化及錄影技術,追?出水玉徽抱予囊噴發機制及分子級的生長因素,以及完整詳盡的生活史,期能將水玉黴的零星知識貫串成系統,應用在教學資訊及日常生活用品方面。

染色密碼—紅棕殺手NO2的偵測

二氧化氮對人體是有害的氣體(參考資料1),特別是對呼吸系統有危害。而NO2濃度為9.4mg/m3(5 ppm)的空氣中暴露10分鐘,即可造成呼吸系統失調。 所以我們找到有效的NO2的偵測劑與吸附劑:Griess reagent,當其吸附NO2後會產生深淺不一的玫瑰紅顏色,並且Griess reagent在空氣中、高溫中都很穩定,只有在光照時會慢慢失效。根據比色法我們也發現Griess reagent其吸收率亦會隨NO2之濃度升高而有逐漸上升的跡象,並且我們也根據比色法測量出汽、機在發動瞬間與發動一段時間後,廢氣中NO2含量有明顯的差異,我們推測可能與觸媒轉換器的轉化溫度有關。我們也將Griess reagent加入洋菜粉中製作成果凍,並將其定形成為Griess reagent的貼片(GR貼片),可以更加方便攜帶與使用,幫助人們有更便利的方式來偵測二氧化氮。

阿乾正傳──乾電池的分析、自製及改良

本研究主要是藉由分析乾電池的成分比例,自行製作可使用的乾電池之外,進而在深入探討乾電池中各成分對電壓及電流的影響。實驗發現去除澱粉,加入適當比例之C粉及二氧化錳能有效降低自製電池之內電阻,並提高電壓及電流的大小及穩定度。此外改變市售電池碳棒和鋅筒的接觸面積,並在碳棒上鍍上銅、溴、銀等不同金屬,觀察其對電壓及電流的影響,發現增加碳棒的接觸面積,無法使乾電池電壓及電流增大,但若增加鋅銅的接觸面積,則可使乾電池電壓及電流增大,提高電池的使用效率;鍍適量的銅、溴或銀在碳棒電及表面,可使乾電池電壓或電流更加穩定,提高電池的使用效率。

生物群居的特性

去年我們曾用紅果蠅探討童種生物會因不同的生活環境而改變其遺傳性狀。這次我們進一步欲探討同一環境中各種生物間彼此的關係,並以植物作為我們主要的研究。我們常常可以看見草地上的各種雜草群居在一起,而農作物卻往往需要藉輪種來維持土壤的沃度,這其中代表何種意義呢?在則,我們常可見,只要有芒草或竹子生長的地方,就幾乎沒有他種植物生存,於是我們也對此種近似獨霸性的植物作一分析探討,來研究生物群居的特性。