化學科

本實驗使用光譜法進行雙氧水濃度測量的研究，先確認光譜法可用於測量碘液的濃度，進而利用雙氧水與碘化鉀反應產生的黃色三碘錯離子進行測量，針對雙氧水濃度、碘化鉀濃度、酸鹼值等變因逐步最佳化反應條件，成功避免掉產生氧氣的副反應以及過量碘的產生，得到最佳的測量範圍以及適合的反應速率。透過光譜法，可測量到的雙氧水濃度最低可以達到13 ppm，相較於傳統滴定法有更低的定量極限，是更加快速、精準的一個測量方式。

在自然課做氧氣蒐集實驗時，我們發現紅蘿蔔分解雙氧水的氧氣，不及二氧化錳分解氧氣量的25%，引起我們想進一步去尋找，是否有能替代目前課本上所使用催化劑的校園內植物。實驗發現 : 我們尋找的17種校園植物都能作為分解雙氧水的催化劑，在釋出氧氣的反應過程，會因雙氧水濃度、植物科別、草木本、生長環境等因素而有不同的氧氣累積生成量、反應速率與反應總量；整體上以榕樹、小葉桑、大花咸豐草表現最佳；最後，以校園三種落葉最多的植物來做研究，發現落葉在高濃度雙氧水中催氧率亦極佳，其中以校園內長得最茂盛植物榕樹落葉的實驗效果最好，以此作為天然、環保催化劑，不但能替學校節省一些實驗經費，還可以兼做環保，省糧食，一舉數得。

我們選用八種油品與兩種醇類做液滴擴散實驗，發現異丙醇擴散速度過快，所以選用乙醇進行後續實驗，並加入中性藍色顏料作為染劑。再以四種乙醇濃度(95%、90%、85%、80%)，對不同油品進行液滴擴散實驗，發現苦茶油加入乙醇液滴不會散開，其他油品在滴入95%乙醇時，液滴擴散面積最大，其他濃度的擴散情形則表現不一。我們以三種市售苦茶油進行實驗，發現液滴皆不會有擴散的現象，但加入大豆油混合時，當混油的多元不飽和脂肪酸高於10%，就會有擴散情形，另外，我們利用豬油加入大豆油中，當多元不飽和脂肪酸低於10%就會有液滴縮回的情形。因此我們認為可利用85%的染色乙醇來判斷苦茶油的純度是否達94%以上。

工業革命後，人類排放至大氣中的二氧化碳（化學式CO2）逐漸增加，若不及時控制將會導致全球氣候變遷。但我們認為僅減少CO2排放量是不夠的，應該更有效率的捕捉它，於是我們設計了一系列實驗來驗證我們的想法。為了有穩定的CO2供氣來源，我們成功自製了CO2氣瓶，經過改良後以排水集氣法得到時間和體積變化有很好的線性關係，能替代笨重的鋼瓶。接下來CO2多寡的測量是選用碳酸氫鹽指示劑的顏色變化來量化，方法是通入不同時間的CO2到指示劑後再用分光光度計測量其穿透率，再利用此穿透率區間回推每公克矽膠乾燥劑能吸附多少毫升的CO2，建立一個科學實驗模式後應用到其他生活中具孔洞的材料中，並進一步探討不同材料間吸脫附重複率的效能。

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。

幹細胞治療為全球再生醫學趨勢。 微球是一種三維細胞培養的方式，目前最普及的微球Cytodex具價格高、需額外透析膜來分離材料與細胞等缺點，引發我們開發磁性奈米氧化鐵纖維素微球的動機。 藉由共沉澱法合成磁性奈米氧化鐵，再以乳化法將其包覆於羧甲基纖維素微球中，表面透過交聯反應使微球更加穩固。我們嘗試四種變因調控微球製程參數，成功使微球粒徑大小達到與 Cytodex 相近的長邊204.886 µm，且驗證幹細胞能於微球表面生長，並透過磁性分離快速獲得幹細胞。 本研究成果相較於市售微球透析膜方式，方便、環保且低成本。未來可進一步探討微球的光熱性質使細胞脫離微球表面，避免細胞傷害，利用化學材料設計與合成磁性微球放大幹細胞，提供更新穎的細胞培養分離方式。

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。

以藍曬為主題，利用掃瞄器檢測標準普魯士藍(Pantone色票2196U)，並搭配PS軟體取得平均值進行色彩分析，成功找到感光液比例50:50(檸檬酸鐵銨:鐵氰化鉀)、感光50秒時，在素描紙上可製作顏色RGB：R21 / G80 / B133、HSV：H208 / S84 / V52的標準普魯士藍。 為了增加色彩，我們利用不同的感光時間製作漸層普魯士藍，並進一步將其浸泡於不同酸鹼pH值溶液，結果成功發現： ①浸泡於檸檬酸、雙氧水、氯化鈉時，顏色維持藍色，但因浸泡時間、pH值不同，顏色有明顯的亮度、深淺差異 ②浸泡於碳酸鈉、磷酸三鈉時，顏色為黃棕色系 ③浸泡於單寧酸時，顏色呈現藍黑色系。 最後，我們將結果應用在不同材質中，成功製作色彩豐富的藍曬作品，讓「古代攝影工藝」有新發現，符合SDGs11永續城市之目標！

在一次意外中，我們觀察到昆蟲飼養籠的紗網變色了，經過我們的觀察，我們驚喜地發現可能是飼養籠裡的竹節蟲的排泄物造成的！我們從中獲得靈感，開始蒐集竹節蟲的排泄物，設計了不同實驗進行了染色條件的探討，發現食用芭樂葉的竹節蟲，所排出的排泄物，真的可以將布料染色。在同樣條件下與芭樂枝葉的染色效果相比也毫不遜色；只要取幾公克的排泄物就可以有染色效果，在常溫下進行萃取和染布也可以達成。真是有趣的新發現！

本研究為新型改良式葉綠素電池，兼具化學電池與染料電池的優點，是具有成本低、體積小、可自行替換凝膠並重複使用，能解決傳統電池液外漏及電極成本高的問題，是有潛力與發展性的綠色能源電池。本實驗結果顯示，新型葉綠素電池結構的特點，具有一體成形的外殼，選用石墨碳氈與鋁棒當電極，中間填充最佳比例的碘酸鉀、碘化鉀、葉綠素和水晶凝膠，在手電筒的照光下，電解質經化學反應可自行生成碘，可作為葉綠素電池的第二個電極，其發電效率是歷屆科展之冠，電池編號10的瞬間電壓與電流可達1.07伏特與38.4毫安培，其電池壽命在209小時，電壓亦可維持1 伏特且電流隨時間增加可穩定發電，可應用於緊急充電與LED 燈泡照明使用。