全國中小學科展

佳作

光照無所遁形~奈米銀變色膜的研究

一般變色膜是用光致變色粉與PU膠混合而成,我們的光致變色薄膜是用天然染料吸收陽光的紫外線,使染料上的電子躍遷至銀離子膠體上而還原出奈米銀,使變色膜透光度變低。 我們成功的自製抽氣乾燥暗箱及3w鋁基板光照箱,讓光照成效能不錯的控制變因;自製多色光光罩吸光儀可記錄不同色光穿透變色膜下的光敏電阻感光電阻下降,偵測與之串接的一般電阻電壓提高的多寡,可算出透光率及透光恢復率的大小。 以Gy33感測器記錄變色膜的RGB值,轉由HSV之色相值等,可確切得知變色膜顏色變化的程度,未來以此製成的變色薄膜,可黏貼在汽車玻璃或窗戶玻璃上,達到光穿透率變低,光不刺眼、防曬、使車內或室內溫度下降,達到節能減碳目的成為可能。

眾金汞閱-奈米金結合核酸探測汞離子之研究

汞離子為影響健康的十大化學物質之一,因此具污染潛勢事業放流水之汞濃度都需列管並檢測。然而,偵測方法通常較為繁瑣,成本也較高,所以發展快速且簡便的方法是環境檢測重要的課題。本研究開發出以維生素C將四氯金酸還原成奈米金的方式,再透過核酸適體修飾奈米金偵測汞離子。利用奈米金表面電漿共振效應呈現顏色變化,進而可測量吸收峰波長變化。接著改變核酸適體濃度及長度、四氯金酸和維生素C濃度得到最佳化條件。另外,因核酸適體的胸腺嘧啶(T)與汞離子的高親和性使得此檢測方法具有專一性。最後結合行動載具建立濃度轉換方程式,並應用於環境水質檢測。結果顯示核酸適體修飾經維生素C還原奈米金可作為簡便且快速檢測汞的策略之一。

敲出瓶外之音

本研究將裝入定量純水之量筒放入容器中,敲擊量筒,並探討量筒外水量、水位與頻率變化之關係。研究後發現,敲擊量筒後,會產生相對低、中及高三種頻率,其訊號強弱與量筒內外水位高低有關。 我們以水位高度代替水量,來驗證影響頻率變化的僅為靠近量筒內外之有效薄層水體,結果顯示,當水位高度達一定,就能滿足共振條件,而非整體水量。量筒外水位對頻率之影響呈階段性,第一階段頻率變化不明顯,第二階段頻率隨水位增加而降低,第三階段薄層水體達共振條件,頻率持平。 此外,當水位高度一樣,內、外薄層水體相差不多時,頻率可能會相近,但大部分是量筒外有水時較低,推測可能因量筒厚度、底座或量筒內外水體存在空間不同造成之結果。

探討持續施加弱磁場對斑馬魚幼魚生理及行為之影響

磁場是生活中常見的環境議題,近年來成為了熱門的研究主題,根據文獻探討資料,過去研究多以強磁場短時間暴露為實驗,在斑馬魚發育、生理以及行為模式上有初步的探索,並且與生化機制進行連結與解釋。 本實驗不同於以往的研究,利用受精後五日內(5dpf)的斑馬魚,在持續施加弱磁場後,進行不同磁場大小及分佈與單一磁場分析的兩大主軸實驗,觀察對斑馬魚幼魚造成的影響。根據實驗結果顯示,在生理表現上斑馬魚的心搏數會受到實驗設定之磁場影響,且胚胎孵化速度、幼魚身長及分佈偏好在較大磁場下會受到影響,但孵化總數及早期發育並沒有顯著差異;而在行為表現方面,短時間的弱磁場暴露會促進總移動距離和小活動力,但在長期處理下則導致數值下降。

高斯光束照射橄欖油產生繞射的研究

高斯光束(Gaussian beam)穿過透明液體時,對液體局部加熱,使液體有溫度梯度,伴隨著產生折射率梯度。葉綠素-a(Chlorophyll-a)乙醇溶液對紫光的熱吸收率為乙醇的數百萬倍,橄欖油的葉綠素-a含量很高,利用高斯光束照射橄欖油時,橄欖油吸收的大量的熱量產生折射率梯度,以及產生熱透鏡(Thermal lens)和自調相(Self-phase modulation)現象。 以雷射光照射橄欖油,由於熱透鏡現象使光束擴張成大亮點(半徑R),由於自調相現象使光束在屏幕上產生繞射圖樣(繞射亮紋數目N)。圓柱筒裝橄欖油(液柱長度a),用不同功率的雷射照射橄欖油,探討吸收的熱量對R和N的影響。另外使光束先經凸透鏡聚光再照射低熱吸收率的色素水溶液做對照比較。

數一數 - 方格紙上的正方形和長方形

運用方格的格子點試著連出正方形和長方形,我們發現這些連接方法的類型和規律,並歸納出正方形和長方形數量的通式。(1)正方形︰奇數邊長總數=(N2+4N-1)/4;偶數邊長總數=(N2+4N)/4。(2)長方形分三種結果︰(a)正長方形總數︰(N2-N)/2、(b)斜長方形45度角總數︰奇數邊長(N2-1)2/4、偶數邊長(N2-2N)/4。(c)斜長方形非45度角總數有規律,但無通式。

預見土石-土石流偵測系統

隨著地球暖化、氣候異常、暴雨再加上台灣地處地震帶,土石流的發生就更加頻繁,利用科技進步之便,可以保障每個人生命財產的安全是非常急需的工作。 此次研究製作的偵測模組,使用台灣自行研發的Web:Bit開發板¬、Arduino開發板和樹莓派開發板,透過自製的光纖感測、水銀開關檢測與影像判別等3種模組,獲得土石流發生時變異的光電訊號或影像訊號,確認土石流的產生。同時為提升土石流發生判別與影像識別效能,我們也研發了濕度偵測與自動開關燈之系統。除了比較這三種模式的靈敏度, 可透過手機LINE、電子郵件發出警報,並連結YouTube觀看實際狀況,期許未來可以廣泛運用於各類土質,減少土石流造成的傷害。

角鴞直播間-北部領角鴞的育雛研究(以新店淺山為例)

由於人類的開發,領角鴞繁殖時依賴的大樹逐年減少,因此本研究在校園中設置人工巢箱,希望提供領角鴞適當的育雛環境,並在巢箱內架設紅外線攝影機,利用錄影畫面研究領角鴞親鳥的育雛過程、行為和食性,觀察時間自2021年1月至5月中旬,研究發現領角鴞成鳥生蛋前會對多個巢箱進行探巢,探巢行為有鳴叫、觀察和整理巢箱,蛋平均孵化天數約為28天,幼鳥孵化到離巢天數大約為25天。孵蛋和育雛期,母鳥外出高峰時段為剛入夜與天亮前,育雛期外出次數與時間都較孵蛋期多且長。公鳥繁殖期間擔任捕捉獵物給母鳥進食或是餵食雛鳥的主要角色,新店淺山區域領角鴞繁殖期食性以外來種斑腿樹蛙為主食,架設巢箱吸引領角鴞繁殖有抑制斑腿樹蛙的生物防治功能。

癌細胞的「糖嗜好」~RNA-seq 技術探索糖分誘發癌細胞生長機制

糖影響癌細胞生長機制複雜,近年基因體研究技術發展,透過RNA-seq技術能全面分析癌細胞在不同糖濃度下基因表現變化,藉此窺探糖分誘發癌細胞生長機制。本研究以乳癌和肝癌細胞株為研究模式,低糖培養下癌細胞生長受阻,進而以RNA-seq技術分析,測得約16,000種表現基因,不同糖濃度培養分析組別,約100~5,000個基因表現差異,糖濃度越低基因改變越明顯,也發現乳癌和肝癌細胞基因變化情形不同。藉由富集分析,顯示表現變化基因功能主要與生長相關。經查詢文獻比對後,兩種癌細胞各挑選出十個新穎候選基因,並完成qRT-PCR驗證,確認實驗結果。本研究勾勒糖影響癌細胞生長之相關基因表現變化樣貌,並探索發現參與作用的新穎基因,有助於瞭解糖分誘發癌細胞生長的作用機制。

神奇「催」「糖」術─探討利用新型催化劑磷鎢酸置換醣類一號位置結構的影響

本研究將定量的葡萄糖與乙酸酐反應,可將葡萄糖上的羥基進行乙醯化反應,再將乙醯化的葡萄糖與可回收使用的催化劑磷鎢酸以5:1當量數進行催化反應,並分別以是否微波、微波時間、微波溫度及微波瓦數為變因進行實驗,發現當微波溫度40℃、微波功率300W,微波30分鐘時,可得到最高產率的目標產物。再將葡萄糖與催化劑磷鎢酸及對甲苯硫酚以當量數為變因,找出最佳產率的條件,再將此最佳條件分別以不同醣類為變因進行反應,將所測得之目標產物的產率與傳統催化劑三氟化硼所催化的結果進行綜合比較及討論,最後以NMR儀器分析確定反應是否成功並了解其反應機制,進而幫助科學家在研究癌症細胞中醣分子的合成反應過程可以更有效率,並以達到綠色化學為目標。