全國中小學科展

高中組

老菌新希望──談以Pseudomonasmendocina菌株降解污染

本研究發現採自中石化安順廠之污染土壤、乾淨土壤以及製備土\r 壤中有微生物的生長;由文獻資料得知Pseudomonas mendocina\r NSYSU(簡稱P. mendocina)即來自中石化土壤,具有降解五氯酚的能\r 力,於是利用此菌進行PCDD/Fs 降解試驗,結果顯示約21 天PCDD/Fs\r 即有明顯降解,並分析出降解OCDF 的反應級數較OCDD 為小。同\r 時觀察到P. mendocina 在汞污染之戴奧辛土壤中,可達50 ppm 之高\r 汞耐受度,並進一步降解戴奧辛化合物。\r 我更以標準品成功地發現P. mendocina 對於戴奧辛類化合物有更\r 明顯之降解效果,約12 天即有樣品幾乎完全降解,且降解最明顯的\r 2,3',4,4',5,5'-HxCB 反應級數約屬0 級,即以一穩定的速率進行降解。\r 由研究結果,明顯看出P. mendocina 菌株雖是為人熟知的菌屬,\r 但我們卻賦予牠新的功能與希望,為人們開發出以生物復育改善污染\r 環境的一種新方法。

漫步在蜘蛛網

在本文中我們以同心圓和直線構成蜘蛛網,並對每一個蜘蛛網定義出蜘蛛數;則若在此蜘蛛網中加入缺口後,會影響蜘蛛數的大小。探討蜘蛛網上的缺口該如何配置,才能夠得到蜘蛛數的極值(最大值及最小值)。首先由一直線或圓該如何分配缺口,蜘蛛數將有極值,再深入探討許多條直線或圓上的情況,進而推展到許多同心圓及通過圓心的許多條放射線的缺口該如何分配,蜘蛛數才會有極值發生。像科學家的研究,藉由特殊化簡單的情況,進而推廣至較為複雜一般化的結果。在得到初步的結果之後,我們再將研究的目標轉到三個不同方向:將蜘蛛數的規則放到其他圖形中(正多邊形、星型);設計出新採地雷遊戲;總缺口數為定值的策略設計。

AB 飛舞 ~ 增進家庭式優酪乳製程的效率

通常家中製作優酪乳採用靜置發酵方式,無法像實驗室或工廠中自動化攪拌、搖晃,所以往往出現乳清分離的現象,既不可口又不美觀。本研究欲解決這些困擾以提升品質,並試圖找出省時省能源的最佳發酵模式。首先探討各溫度下乳酸菌發酵情形,選定45℃水浴六小時為發酵條件。再設計特殊橡皮軟管以分析上下層優酪乳,證實靜置發酵會造成乳酸菌沉澱,下層酸度較高,甚至導致變性凝集。然後根據生物磁性原理,證實乳酸菌分布會偏向N 極磁場。於是透過裝置上方N 極磁力吸引,讓乳酸菌上下均勻分布,上層及下層優酪乳的酸度顯著提高,而本氏液分析也得知總體的糖分也減少,可見乳酸菌分解乳糖產生乳酸的效率提高,且因菌種沉澱造成的乳清分離現象獲得改善。本團隊根據實驗成果研發自製家庭式優酪乳發酵機,大幅提高發酵效率且能兼顧良好品質。

碎形萬花筒

本文旨在探討萬花筒中的美麗圖形的現象原理。過程中透過碎形理論及迭代函數系統進行分析,並對其美麗圖形的建構組成,找出背後的數學理論。文中在制式萬花筒實物模型及軟體的模擬中,找出萬花筒中圖形背後的數學函數對映關係。發現其結果是依循三稜鏡所構成的頂點為中心,並以三頂點中心等間隔鏡射生成的平面,複製出對稱的圖形進而產生六芒星,並在三稜鏡面上所生成的鏡射平面上,再進行以六芒星為基礎圖複製的無理旋轉而成,最終使鏡射平面上佈滿稠密的六芒星。而該六芒星中心點會以三稜鏡的三個頂點為圓心的夾角,等間距地生成於起始位置周圍,而轉動萬花筒所產生的美麗圖形,正是基本圖在圓筒內進行遍歷的鏡射所生成,結果如下。

摩登幫浦

抽水機所運用的原理,是藉由內部壓力小於外部壓力所形成的壓力差,來完成抽水的目的。而產生壓力差的地方就是幫浦,現有使用的幫浦是利用引擎或電動馬達作為動力,去帶動幫浦,或利用高壓壓縮空氣通過文氏管產生真空來達到壓力差的目的。試想當沒有抽水機,或停電時,將如何抽水呢?既然抽水需要真空來製造壓力差,就我們所學汽車進氣歧管處就有真空,而依據交通部95 年1 月份之統計,全國機動車輛(汽機車)總數為19,912,431 輛。幾乎每一人就有一輛汽機車,故可用以抽水之真空來源,無所不在。在沒有傳統幫浦時,我們想到的方法:先將箱子(容器)與汽車或機車的進氣歧管連接後,將引擎發動,此時箱子內的空氣會被發動中的引擎抽出,而使箱內變成負壓;此時箱外的壓力為一個大氣壓,因而我們僅需要以管子將箱子與我們要抽取的液體(如:水、油等)完成連結動作,便能利用箱子的內、外壓力差(箱子外在壓力大於內在壓力)而將外面的水快速吸入箱中,以達到我們抽水的目的。當水被抽完或箱中已滿時,此時我們將箱子通大氣並把放水閥打開,使箱內的水能順利且快速排出,甚至我們可以將箱內加壓以加速排水速度。一個沒有幫浦的「幫浦」,從此誕生了。

鏡中銀-奈米銀之抗菌

本實驗採取的製程方式是改良自高中化學實驗-銀鏡反應,利用多侖試液,加入葡萄糖作為還原劑,則可析出金屬銀並附著於反應容器的表面。在?米銀製作過程中,我們應用界面活性劑SDS(Sodium dodecyl sulfate)吸附在微?表面上以抑制其凝聚,在這個實驗,我們加入不同劑量的SDS,並且發現加入1.5g的SDS,在410nm吸光值最高。我們採用1.5g的劑量的SDS,測出吸光值後,採取吸光值最高的奈米銀溶液,製作成PVA薄膜,並且發現具有抑菌的效果。 我們將此澄清透明的亮黃色奈米銀液體製成的PVA薄膜,等薄膜凝固之後,貼在培養基上,有的直接用澄清透明的亮黃色液體塗抹,或是不讓薄膜凝固直接塗抹,觀察抑菌及抗菌效果,此為本實驗重要之論點,也能由此再證明一次此澄清透明的亮黃色液體正是奈米銀粒子。

以銅為鏡可以正硝酸

找出由銅與硝酸產生之NO2、NO 的量,因NO 一碰到氧氣會馬上反應成NO2,所以要測定得在真空中進行,最簡單的方法就是使用可以直接對氣體做定量分析的儀器,但由於儀器過於昂貴,且在高中實驗室裡若想從氣體去定量氣體產物的量幾乎是不可能的,否則就得忍受極大的誤差,於是我們尋求簡單、易懂、可信度頗高的方法來測定NO2、NO 的量,試圖觀察硝酸濃度和溫度與其產物之間的關係。同時以金屬鋅作為一個反應的對照。選擇鋅片是因為書中所提及的鋅與硝酸反應過程,總是只有銨根單一種產物,於是摻雜幾許懷疑的成分,以鋅做了實驗。結果意外發現反應之下也會產生NO2及NO。

轉吧!毛髮溼度計

利用溼度計的轉動,找出影響毛髮長度改變的因素與各種分子有著什麼密不可分的關係,並試著推廣至其他研究實驗中。

神奇的水珠

長期以來,我經常在醫院裡看到點滴瓶中的點滴液落下時,有時會未立即溶入水中,而是一顆一顆的浮於液面之上。因為水分子間有很強的氫鍵,所以當兩個水珠靠近時,應該會合成一個大水珠,除非水珠的表面有灰塵,但是照理說,點滴瓶內應該是十分乾淨,沒有灰塵才是,那什麼才是使水珠可以和水面分離,不相容的原因呢?我們希望可以設計實驗來找尋使水珠浮起的力。由於力的種類不多,課本上說,所有的力只有強作用力、弱作用力、電磁力和重力四大類,很明顯的,使水珠浮起的力不會是強作用力、弱作用力和重力,因此,我們猜測使水珠浮起的力應該是靜電力,而靜電力的來源是因為水和管壁摩擦所造成。

魔球陣之研究

在去年的「磨圓陣之研究」中,探討的是平面上相交的圓之間的排列組合,但是立體的球形「魔球陣」也是令人非常感興趣的主題。