全國中小學科展

第三名

王牌捕手

捕蠅草是加大捕蟲葉內側細胞膨壓,把葉用力撐開,使外側細胞進入高「位能」狀態。當昆蟲碰觸感覺毛時,內側細胞膨壓迅速降低,使得外側細胞的「位能」瞬間轉成「動能」,快速完成捕蟲運動,且捕蟲葉剩餘感覺毛的數量與捕蟲葉閉合時間有負相關。由於傷口刺激會促使捕蟲葉關閉,推測茉莉酸也會影響捕蟲葉閉合。捕蟲葉的無柄腺負責消化液分泌和養分吸收,但消化液的分泌與捕蟲葉的閉合是二條不同的路徑。無柄腺不吸收葡萄糖、維生素B,但可以吸收胺基酸、甘油、維生素E、 NH4+和NO3-離子,推測無柄腺的細胞上有吸收胺基酸的載體蛋白,以及NH4+和NO3-離子通道,而且養分的吸收和捕蟲葉的開閉、消化液分泌與否皆無關。

「蕨」處逢生

本實驗探討滿江紅在重金屬銅逆境下所產生的生理適應現象。我們以不同濃度銅處理滿江紅,發現滿江紅可能透過不同程度的花青素生成,藉由抗氧化機轉對銅產生耐受性;同時也發現氧化物生成量具有差異,高濃度的氧化產物會造成葉綠素分解。我們進一步以抗氧化劑NAC處理銅逆境中的滿江紅,發現原本葉綠素分解而白化的程度獲得減緩,我們推測過氧化氫是滿江紅面對銅逆境時,抗氧化系統裡重要的訊號分子。此外,共生藍菌在低強度銅逆境中,固氮產物沒有顯著減少,而過高濃度的銅會阻礙固氮表現。我們透過滿江紅在重金屬逆境下生存策略的基礎研究,期在植生復育上能具有參考的價值性,減緩重金屬污染所造成的環境退化。

智慧型電力醫生

人在日常生活中,無處不使用電,但卻忽略了像是電腦、電視…等電器待機時所消耗的微小電力,久而久之,浪費掉的就不只那一些微小電力了,也常因長期沒有拔除插頭導致電線過熱走火而傷亡。 根據統計,每年因電線走火而傷亡的人不在少數,因此想到可以做一個智能插座,幫助人類在用電上的便利及安全。

水中嬌龍-奈米金水(AuNT water)創新應用

為了瞭解AuNT water對生物生長以及分子擴散速率的影響,本實驗比較分析了奈米金水(Au nanoparticles(NPs)-treated water, AuNT water)及去離子水(Deionized Water, DI water)對於綠豆、螺的生長觀察實驗,以及細胞實驗。結果顯示,以AuNT water加養分種植綠豆及養殖螺的組別生長情形較佳,推測AuNT water 可以提高水中養分進入生物體的效率,使其生長情形較好。而在培養HCT15直腸癌細胞的實驗當中,我們以兩種不同水培養細胞,加入癌細胞藥品cisplatin(CDDP)。由數據分析,AuNT water加入藥物比DI water 更能夠抑制細胞生長。在以自製透析儀器探討AuNT water對擴散速率的影響方面,模擬血液透析過程的實驗結果顯示,物質在AuNT water中擴散速率較快。本實驗研究結果可作為AuNT water是否可以作為營養物質、藥物的輔助吸收工具之應用參考,也可在血液透析方面做延伸性的研究。

「沼氣」與「廚餘」關係的AI探討

有臭臭味的天然沼氣是一種混合氣體,其產生與廚餘和甲烷菌的厭氧化學反應有關,屬於生物化學的一部分。在甲烷菌吞噬廚餘的過程當中,可以將廚餘轉換成可利用的天然沼氣(主要是甲烷),是較為環保且潔淨的再生能源。沼氣是看不見的氣體,若無特殊的器具,是無法知道在沼氣生成時,周遭的環境發生了哪些變化。因此我們利用人工智慧(AI)軟體–mblock編輯程式,加上編寫甲烷和廚餘酸鹼(pH)值的量測程式,監控收集沼氣時的實際狀況,判斷沼氣收集的時機。透過數據的分析,定義出沼氣最佳的生成條件。實驗的結果顯示,發現在沼氣生成的過程中,廚餘會先酸化,pH值會先降低,然後趨於穩定。在我們的測試中,澱粉含量較高的廚餘搭配購買的粉體菌組合,可以產生最多的甲烷。

空心的雷神之槌-避雷針與環境的變化對產生電弧的影響

實驗發現: [理論部分] 1、電壓越大,引電效果越好,頻率越小。 2、材質方面,引電效果紅銅>黃銅>鋁>石墨>不鏽鋼。 3、形狀方面,發現空心管引電效果稍優於實心;避雷針引電端角度越小,截面積越大引電效果越好,但截面積有最大極限。 4、避雷針數越多,能把電弧同時分散所有的針上,讓電流變小更安全。 5、溼度大,溫度小,引電效果越好。 [應用部分] 1、以高壓電弧電鍍發現,電鍍時間會縮短但也更容易與空氣中的氧氧化。 2、可發現皮較乾的蔬果,會被電弧打擊成小洞;皮薄汁多的蔬果,會被打成一定區域的凹痕;皮厚汁多的蔬果,會有一定範圍的碳化現象。 3、由電弧顏色發現柑橘科中果皮鈣離子含量大於果肉;而果皮過熟變黑反而讓鈣離子變多。

大自然的神奇彈簧-植物卷鬚構造彈簧性質之研究

彈簧有貯存能量與降低震盪等功能。藤本植物莖細長,利用似彈簧的卷鬚纏繞物體得到支撐。採集南瓜卷鬚,測量形態可知其結構分為基部、末端螺旋,中間以逆向纏繞區相連,兩者的長度、圈數、莖直徑無顯著差異,但基部螺旋的螺距與螺寬較末端大。利用公式導出卷鬚彈簧指數C,結果基部C值較末端大,具顯著差異,顯示基部螺旋較易產生形變。施加外力於卷鬚探討基部、末端螺旋的形變情況,以獲得卷鬚彈簧常數k,結果與理論推導相同。綜合理論與實測結果可知:若將基部、末端螺旋視為串聯彈簧,當植物體受外力干擾時,卷鬚吸收能量後,末端螺旋可降低震盪避免脫落,而基部螺旋能產生大幅度的擺動,幫助植物找尋新的攀附物,以獲取更多陽光與生長空間。

利用太陽光合成金奈米粒子作為金屬感測器之探討

本實驗符合綠色化學宗旨,以太陽光驅動奈米粒子生成取代以往加熱冷凝迴流的製程,將四氯金酸與還原劑檸檬酸鈉反應,合成金奈米十面體。研究涵蓋:一、比較照光與非照光條件,發現照光條件成功機率較高。二、探討金奈米對不同陽離子的檢測靈敏度,比較肉眼觀測與UV-Vis測量之差異。三、探討金奈米修飾穀胱甘肽對不同陽離子的檢測靈敏度,發現修飾後,含特殊官能基,使靈敏度提升,以鉛離子為例,以肉眼觀察溶液顏色由酒紅色轉為藍紫色,偵測靈敏度為10 ppt。四、依據世界衛生組織對飲用水中要求鉛離子含量需少於10 ppb,故針對周遭環境不同水質,進行檢測。此偵測材料為非選擇性試劑,是一個廣譜示警試劑,可以對多種金屬均有反應,水質一旦汙染即可變色。

Windows創意教學螢幕畫布

當我們在課堂上,教師使用電腦與投影機來上課時,PowerPoint投影片的放映似乎成為主流,其中內附的畫筆功能更可以在教學中事半功倍,但我發現如果脫離了簡報程式,教師在為電腦上的教學資料講解、畫重點時非常?容?,因此我想利用目前所學,使用Visual Basic 2005 Express 來撰寫一個『Windows 創意教學螢幕畫布』。 透過程式,講解者可用畫筆在螢幕上畫線或方框,也有文字、圖片方塊框可以選擇,讓講解者無論在什麼視窗界面上、甚至是在影片中,都可以輕輕鬆鬆完成所需要的動作,其背景依然持續動作,完全不受影響,而且解說完的畫面可以儲存,放在網路上供學生瀏覽複習。 目前坊間有電子白板可以達到類似的功能,但是因為價格昂貴,不易普及,尤其大部份的學校的電腦教室皆採用教學廣播系統,如果利用『Windows 創意教學螢幕畫布』,就可以達到講解者的需求,而且不用添加任何的硬體設備。

黃金超級電容

我們的研究,是以牛糞中豐富的HPO4-2吸附水中的重金屬離子。先透過自行設計之綠色分析技術,以簡易電池原理,分析水中Cu2+濃度,接著做出水中Cu2+與電壓、電流之檢量線。若將處理過後的牛糞置於水溶液中,便能有效地吸附Cu2+,為相當好的吸附劑,而且吸附率可達到99%以上。而牛糞吸附重金屬離子後,可以取出並製作成重金屬活性碳。分析重金屬牛糞之成分後,發現其已碳化成活性碳。活性碳又可做為超級電容的電極,且含重金屬離子的電極可以大幅的增加電容之電容量。在簡易電容測試中,以及鈕扣型電容實驗結果顯示:我們測出,牛糞吸附重金屬離子活性碳,在適當電解液下,具有相當高的電容量。