全國中小學科展

佳作

絹雲母促進生物膜發育應用於提升土壤介質保肥能力之研究

本研究旨在確認加入絹雲母培養的菌液是否可提升生物膜產量,進一步提升保肥能力並幫助作物生長。研究結果顯示,菌液中加入絹雲母確實可以提升生物膜產量及部分菌株的菌液黏度,且這可能和絹雲母具有恆定pH值的功能有關。而在模擬土壤實驗中,菌液加入絹雲母後有較高的多醣含量,並且進一步提升保肥能力,且分別可減少31%的鉀肥以及17%的磷肥流失量。最後將絹雲母菌液做為保肥製劑應用於尖葉A菜(Lactucasativa)的種植,實驗結果顯示:加入絹雲母的菌液與未加入絹雲母的菌液組別相比,提升了30%的收成量。本研究結果顯示,絹雲母菌液可實際應用作為保肥製劑,透過恆定菌液pH值,促進生物膜發育,提供土壤穩定的高多醣含量,進而提高肥料之利用率而幫助作物生長。

眾「蛭」成城-探討巴蛭(Barbronia weberi)的生態習性與動物行為

巴蛭 (Barbronia weberi)吃食活體動物類及屍體,屬於肉食性及腐食性的水生動物。獵物為水中小型動物,例如孑孓、赤紅蟲、絲蚯蚓、福壽螺、囊螺、錐蜷螺。孑孓的密度愈大,孑孓被捕食的數量也愈多,捕食率隨著密度變大而提升。在60隻孑孓密度下,一隻巴蛭三天能捕食54.67隻,二隻巴蛭能捕食59.67隻,三隻巴蛭能捕食60隻,巴蛭的密度愈高,捕食孑孓的效果也愈好。擺頭掃動模式能提高自己的捕食率,平均10秒能掃動8.67次而且巴蛭具群聚性,可說是眾「蛭」成城。巴蛭 偵測獵物存在的位置,可藉由視覺 (光影變化 )、振動及嗅覺來感知,其中嗅覺較靈敏。巴蛭能存活於pH4.5~pH11、0.05%的肥皂水溶液及沙拉油與水混合液,建議可以將巴蛭歸類於底棲無脊椎汙染指標生物(bioindicators)。

百「折」不屈 - 大氣折射對日照時長影響

本研究加入各種考量計算,以得出最接近實際白天時長的的數據。首先假設地球為正球型,計算出未考慮大氣的理論白天時長,並考慮太陽視角導致的誤差,可進一步得出蒙氣差數值;第二步考量大氣偏折,將大氣拆分成密度不同的大氣層,討論由太陽射向地球的光,利用Google試算表計算出日光和地表的相切處,再將此數值代入日照時長公式,即可縮小和實際情況差距;最後和各國真實白天時間比較,繪製理論與實際情況關聯的散佈圖,可知實際與理論日照時長僅存在些微差距。結果中的些微誤差,推測為未考慮地球之橢圓形狀以及大氣中不同層的複雜變化所造成,可作為未來改進方向。

御風而行的關鍵角度

我們以救生板加上帆運用於水上救生的想法,深入研究帆、風與航行原理的關係,嘗試以穩定直流的風源,探討順風、側風、逆風等各種風向的吹撫之下,藉由控制帆的角度,讓風帆救生板可以在最省力的狀態下御風而行的可能性。研究發現風帆救生板須以縱帆作為設計,以風帆救生板車於陸地上模擬不同風向與各種帆的角度作用下,當風以順風方式吹拂時,帆的角度為90度時車行速度最快、風吹來的角度為135 度的逆風狀態時,帆在150度時卻是可以逆風而行的,之後我們將陸上研究的成果,以地墊的高密度泡棉,改造成風帆救生板進行實測,水上救生的部分如以板上加帆的設計,以調整帆的角度就可航向目的地,達到御風而行的效果。

飛天魔板~探討利用強力磁鐵配置磁浮滑板、磁軌之設計及其應用

本實驗藉由3D建模及雷切加工方式將廢棄木板精準建置具有不同磁鐵間距的磁浮滑板與磁軌,再藉由磁鐵擺放位置的配置優化其移動效率。實驗中對滑板重量、軌道傾斜角度及軌道表面粗糙度等參數對其移動的效率進行探討。實驗結果顯示當軌道上方磁鐵的排列與地面垂直磁浮滑板的平衡最佳,且磁浮滑板磁鐵的配置是影響平衡的重大因素,研究中發現滑板底部磁鐵數量4個並取10mm-16mm間隔排列且磁鐵必須在最外緣平衡效果極佳,且磁軌之磁鐵間距利用鐵線緊結合到寬度約2mm時具有最佳的移動穩定性。將上述實驗成果應用於「 你推我跑」、「水上漂」等平衡遊戲活動時,可讓參與者體驗如何控制磁浮滑板及增加其滑行速度。

探討miR-17-92 透過調控 T 細胞分化影響腎纖維化

我國慢性腎病人口約14%,大多患者會因藥物或免疫疾病而走向腎纖維化。根據文獻,miR-17-92會影響T細胞分化,分化的差異則會造成不同程度的腎纖維化。 本研究取不同基因型小鼠的CD4+T細胞做體外分化。結果顯示含miR-17-92基因較多的T細胞分化成Th1比例較高、Treg比例較少,但對Th17無顯著影響。將小鼠腎纖維化模式處理的細胞進行RT-qPCR和染色實驗,觀察剔除miR-17-92基因的小鼠(簡稱KO)腎纖維化的情形,發現造成腎纖維化的纖維蛋白、膠原蛋白和其mRNA的表現量均減少。將WT和KO小鼠腎臟進行染色後,發現WT小鼠腎中Th1的數量較多,Treg則較少。綜合實驗結果推論,miR-17-92可以增加腎中Th1、降低Treg的數量,而Th1則會加重腎纖維化的情形。期盼本研究能對腎纖維化疾病有所貢獻。

抓不住你?衝出重圍!~以tracker追蹤圓周運動甩離軌跡之探究

從新聞事件發想,用圓桌轉盤模擬物體圓周運動,並用tracker追蹤甩離的軌跡。 從實驗得知,轉盤轉速越快,物體離轉盤圓心越遠,需要的向心力愈大,當超越桌子最大靜摩擦能提供的向心力時,物體向外加速移動,隨著不足的動摩擦力,轉出螺旋軌跡。 利用座標xy圖顯示質點的甩離軌跡,實際相片作圖,測量影格相關數據,還原甩離真相。 長形物體受摩擦力作用,若轉彎時前後離圓心半徑不同,造成速差,會自轉甩出。 從甩離軌跡型態與加速現象,發現甩離的過程,向心力漸減、切線加速力量漸增。 綜合實測數據,我們沙盤推演出履帶甩離運動細部機制。二探現場發現路口特殊,速限前後急轉彎,十噸履帶向心拉力暴增,建議大車提早切外線,減速過彎,是唯一安全之路。

「抑」生菌—探討LP33 (Lacticaseibacillus paracasei 33)的細胞外囊泡對三陰性乳癌細胞增殖的影響及機制

細胞外囊泡是近期生物醫學的新星,具有疾病檢測或攜帶藥物等醫學上的應用,由益生菌釋放的細胞外囊泡曾被報導具抗腫瘤細胞增殖作用的潛力。本研究將探討副乾酪乳桿菌LP33的細胞外囊泡對三陰性乳癌細胞增殖的影響。首先,利用MTT呈色法、台酚藍細胞計數分析研究LP33的細胞外囊泡對三陰性乳癌細胞短期增殖的效應;再利用細胞群落形成能力實驗檢測其長期效應。接續,分別利用碘化丙啶染色搭配流式細胞儀檢測分析和西方墨點法,探討LP33的細胞外囊泡對三陰性乳癌細胞之細胞週期分布和細胞週期調節蛋白表現的影響。統整這五項實驗結果得知,LP33的細胞外囊泡可透過抑制細胞週期的進程進而抑制三陰性乳癌細胞的增殖。

蚤必投光?水蚤趨光行為及其可塑性研究

本研究探討水蚤Daphnia pulex趨光行為的可塑性與各運動數值差異,藉自行開發的YOLOv8模型追蹤多隻水蚤的移動軌跡,並使用tracker軟體分析數據。證實了ByteTrack多目標追蹤演算法在生物研究中具有重要的應用價值,尤其適用於微小生物運動研究,為微觀尺度生物研究領域帶來了新的貢獻。研究顯示水蚤傾向趨光,水蚤日齡越大、光強度越強、光波長越長,和黑暗前置都會使水蚤在趨光測試中移動速度增快。遺傳和生長環境皆會影響到水蚤對光線刺激的行為反應,並發現水蚤在利他素或模擬掠食者的環境下,趨光偏好明顯轉變。趨光水蚤面對掠食者擁有更高逃脫率,並意外發現了水蚤禦敵時會行繞圈運動。此外,在水蚤基因體中發現多處與果蠅的rhodopsin蛋白高度相關的序列,值得未來進一步研究。

圖形密碼—密鋪多邊形完全漫遊之研究

從建築燈光秀發想路徑問題,探討「密鋪多邊形進行完全漫遊路徑是否存在?是否可運用模組化的方法找到完全漫遊路徑?」發現不同密鋪多邊形可透過基本幾何拼板分割,當中心或初始圖形是可漫遊且可對外連通,搭配同條件的基本幾何拼板組合,則該密鋪多邊形路徑可完全漫遊;且可歸類同類路徑中不同幾何拼板之等價組合;另外,密鋪多邊形中每個單位圖形若維持原來的「圖形特徵—路徑可行進方向數」,則「密鋪多邊形完全漫遊路徑可以進行任意形變轉換」。在漫遊過程中得到不同密鋪多邊形的基本幾何拼板種類、路徑分類及路徑方法數公式。 最後應用研究結果,有效控制高空智慧清潔蜘蛛人,並設計一款全新完全漫遊路徑邏輯拼圖遊戲。