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化學科

專屬防護-友善防曬乳之研發與探討

本實驗探討自製防曬乳中氧化鋅、二氧化鈦、單寧酸,上述材料以不同比例混合後的防曬能力。以分光光度計測量各成分且不同比例的吸收度,調配具有較佳防曬能力且對環境友善之防曬乳。維生素B2與B6分別在UV-A和UV-B波段具有特徵吸收峰,可作為防曬能力之感光試劑,取代高中少見的 SPF檢測儀,且避光存放長時間仍具穩定性。實驗結果發現自製防曬乳中,二氧化鈦10 %與氧化鋅10 %混合,具有最大的防曬能力。希冀防曬乳對海洋環境友善且可調色,實驗結果發現氧化鋅10 %添加單寧酸10 %,為防曬乳最佳比例。紡織企業將經前處理的咖啡渣作為防曬的紡織成分,希冀透過科學原理尋找最佳條件亦可成為友善防曬乳的主力成分。

「銅」的奧妙-各項變因對電鍍銅的影響

本研究分為兩大部分進行電鍍銅的變因研究。第一部分的操縱變因為改變電鍍銅的基本實驗條件,發現電極距離越近、電壓越大、電鍍時間加長會使鍍上的銅越多但是容易產生黑色氧化銅,而改變電解液硫酸銅的濃度發現10%的硫酸銅可鍍上的銅最多,濃度降低或增加並不會增加鍍上的銅。第二部分主要是研究添加劑對電鍍銅的影響,除了將鍍上的銅秤重外,另外自行研發以簡單的『膠帶撕黏法』想要了解鍍銅的附著力。實驗發現添加氯化鈉與鹽酸會使鍍銅的附著力提升,較不易從被鍍物上脫落,添加氫氧化鈉會使電解液產生氫氧化銅的沉澱而阻礙電鍍銅的進行,添加低濃度硫酸則會鍍上較具有光澤品質較佳的銅。

吸「金」「膜」法

許多文獻中提到,交聯作用後的海藻酸鈉薄膜具有吸附重金屬的效果,本研究探討海藻酸鈉薄膜在不同時間、不同溫度、不同磁場下對鎳、鐵、銅離子的吸附效能。研究結果發現,海藻酸鈉對不同金屬離子之吸附效果整體而言為鐵>鎳>銅;溫度上升使海藻酸鈉對鎳、鐵、銅離子的吸附率更快達成平衡,且使達動態平衡後的吸附率震盪幅度更大,此外,鎳、鐵、銅離子在45℃的環境中的吸附效果最佳;磁場強度亦會影響海藻酸鈉對鎳、鐵離子之吸附效果,銅離子則無明顯差異。

染出奇蹟-自製奈米銀提升DSSC效率

有關於染料敏化太陽能電池(DSSC)的優化。首先使用平整的刮刀器均勻地塗抹400um的石墨膠在DSSC的電極上可以提高導電性。而0.5M的I-/IO3-電解液可以獲得最佳的填充因子和高轉換率。染料方面混合梔子紫、梔子綠和梔子藍色素可以增加吸收可見光波段並提高吸收度。ITO導電玻璃的耐受溫度約為300℃左右,超過此溫度電阻逐漸增加。負極之奈米粒子所製備之TiO2薄膜的最佳厚度為5-10um,且30nm的粒徑比25nm和常規粒徑表現較好。使用Ti(Cl)4乙醇溶液進行電解沉積時,最佳的電解沉積電位在-1.025~-1.1V區間內且其DSSC的轉換率可達0.5%。加入奈米銀到DSSC的染料中可以有效提高吸收度,比例為奈米銀:混合染料=1:30時可以有效提高DSSC的效能。

二硫化合物交聯核酸在癌症藥物的應用

化療為癌症主要的治療方式,對正常細胞常造成副作用。為了讓化療藥對癌細胞具選擇性,利用希夫反應的原理,將核酸的醛基和二硫化物的一級胺形成共價鍵結,來設計本實驗。先用鹽酸讓核酸露出醛基,再和二硫化物的一級胺進行交聯。因為癌症細胞內的穀胱甘肽量高於正常細胞,可催化二硫化物的雙硫鍵,使其斷鍵,而釋放出裡面包覆的化療藥。搭配乳化反應,藥物載體在電子顯微鏡下為球型,粒徑是 55.89~115.7奈米,界面電位呈現負電。隨著 pH 值 3 往 10 變化,粒徑有變小和電位變更負的趨勢。載體在與兩種正常細胞共同培養後,呈現高存活率,顯示對生物體無毒。在模擬癌症的微酸環境中,二硫化物載體,相較於對照組,可釋放較多的化療藥。

水乳蕉融~ 探討香蕉皮萃取物對烘焙麵團性質之影響

本研究由香蕉皮在檸檬酸溶液中微波萃取出果膠,希望此果膠可改善烘焙麵團性質,取代人工乳化劑。研究發現以微波萃取法可提高產率約至17.7%;此萃取物被證實具有果膠特質(乳化能力及凝膠特性)。應用在烘焙麵團時,具有調整麵團發酵速度的能力,可加速高糖酵母麵團的發酵速度,節省製作吐司的時間;但對低糖酵母麵團的影響則是延緩發酵速度,適合用在需要長時間發酵的麵團中;萃取物的乳化特性,可強化麵筋結構,使麵團延展性佳,有利保存氣體進而增加吐司體積,也可讓麵團在烘烤過程及吐司保存過程,水分流失較少。總結,添加香蕉皮萃取物可以得到燒減率小,老化速度慢的膨鬆吐司,以香蕉皮萃取出的果膠來取代麵包中的人工乳化劑是可行的。

攜「手」相「聯」-以到手香與海藻酸鈉交聯開發新型抗菌用品的可能性之研究

新冠疫情影響了人民原本的生活型態,抗菌產品不僅迅速且持續被開發。到手香是長年生的天然植物處處可見文獻中提到其精油具有極佳之抗氧化、抗菌及抗發炎等生物活性。本次研究以到手香與海藻酸鈉交聯-開發新型抗菌球皂的可能性。以球殼形成的完整性、平均膜厚、包覆能力觀察交聯程度。實驗證實,到手香的確與海藻酸鈉發生交聯反應。且在搜尋文獻過程尚未發現有相關發表。期望藉於此研究,不僅能延伸開發抗菌產品亦能達到以天然植物作為交聯劑達到友善環境成效。

解黏去縛—探究蛋白質的結著與降解

本研究從文獻中選出十種物質,測定其蛋白質的含量,選取其中含量最多的4種蛋白質萃取液,進行其黏性、承載拉力及解離效果的比較實驗。 在「蛋白質萃取液」的黏性實驗中,以加入酸性物質,比例為「3:1」、加入鹼性物質,比例為「10:1」、加入有機溶劑,比例為「1:1」、溫度在「50°C」的條件下,其黏性的強弱,為虱目魚皮魚鱗>豬皮>脫脂奶粉>全脂奶粉。 用相同於黏性的實驗條件,在黏性承載拉力實驗中,其黏性承載拉力大小,為虱目魚皮魚鱗>豬皮>脫脂奶粉>全脂奶粉。 用相同於黏性的實驗條件,在解離效果的實驗中,以浸泡在溫度「50°C」的水中,其解離效果,為全脂奶粉>脫脂奶粉>豬皮>虱目魚皮魚鱗。

「葉」!「螢」在起跑點!~葉綠素的螢光強度與抗氧化力強弱的研究(以地瓜葉為例)

上自然課時提到葉綠素使我們產生好奇,我們改進前人拍攝激發光譜的儀器開始做探究,結果成功組裝出讓激發光譜可直接拍攝的儀器,而不需長時間曝光 60 秒以上, 改良了研究上的方便性,我們以酒精萃取地瓜葉的葉綠素,透過臭氧氧化葉綠素與碘滴 定的方式,驗證葉綠素具有抗氧化力,並在所拍攝的穿透光譜與激發光譜中看到葉綠素 濃度與螢光強度的變化,發現葉綠素具有螢光自體吸收的現象,而使螢光強度並不見得濃度越高而螢光強度就越大。最後我們綜合穿透光譜、激發光譜及碘滴定的方式發現葉綠素遇到酸、鹼、加熱和照射紫外光時都會影響葉綠素螢光強度與抗氧化力強弱。 (相關單元:自然與生活科技,康軒版,5 上第二單元,植物世界面面觀)

3D紙片離心機在混合物分離的應用

準備科展題目時,搜尋到紙片離心機,該設備利用旋轉紙張圓盤達到高速的分離效果,以此裝置協助非洲疾病盛行地區進行血液離心及分析。 以紙片離心機為主題,實驗設計探討紙張材質,尺寸及重量;線的材質及長度;孔的數量及距離,採取不同方式組合測量紙張圓盤轉速,實驗結果以西卡紙為材質,半徑4或5公分,重量約10.0公克,孔的數量為2或3孔,孔距1.0公分,轉速較高效果較好。 西卡紙裁剪後規格無法一致,決定採3D列印製作出圓盤,以手動方式轉動毛細管吸入之不同澱粉或鴨趾草混合液,進行離心分離及分析。 實驗結果顯示,3D列印圓盤高速轉動後可將混合液中固相與液相分離,未來希望可以比較3D列印圓盤結合毛細管,在分析化學上進行更廣泛的應用。