全國中小學科展

四等獎

Auto-control water consumption System

By saving water you are saving lives including yours. All of us know that water is an invaluable and priceless gift. We can’t dispense it. The consumption of water differentiate from one country to another, we may use over quantities of water, in other countries people are thirsty living under the limits of poverty .It’s very important for agriculture, industry even human animals and plants can’t live without water. But people are careless, they consume a huge quantities of water in shower, washing car, gardening…. So that we thought to make this brilliant project F.W.S (frugal water system). This system is connected with you mobile phone by an application that shows you your water consuming and makes you control it. It record in every minute your consumption. This control system helps us to preserve water for the future generation. Besides, it tells you the price that you will pay and warns you if you pass the quantity of water that you should consume in a defined period. So you can also save your water bill. So we have to make this project works to let every person know that he is doing squandering water. With this system we can save planet resources of water. Finally, the water is as precious as our lives and with frugal water system, we will be able to monitor and control our water consumption. Also be alerted in the event of a leak or flooding. This project helps us to preserve water, reduce and avoid over-consumption. So we have to stand together against water squandering by making this project works.

蒙地卡羅法模擬光跡與病變診斷驗證

此報告是利用蒙地卡羅法模擬光子在組織內的行徑軌跡,並且依照生物組織成分的光學特性,了解頻譜變化。以皮膚組織為例,可分為表皮與基質,依照其成分巨觀量測到的光學參數(如:折射率、吸收、散射及非均向係數),調整光子微觀的位置、方向和能量,藉此累加統計光子的反射、吸收及穿透狀況,解釋組織光學所觀察到光子走越深穿越遠的現象,與對應生理的巨觀的反射光譜變化。模擬數據中可看出波長越長對於病變組織反射率的變化越為敏感,與文獻中病變資料比較,可對應其提供的結果;並且我們延伸探討在紅外光的結果,此範圍的光為生物窗,其穿透深度較深,可以增加應用範圍。

簡易方法測量勞侖茲力

在一個壓克力製的長方形盒中放入兩層濃度不同的食鹽水,將一隻尖端磨平的針頭水平置放在盒中,針頭出水口恰沒入上層濃度較小的食鹽水中,針頭以橡皮管和滴定管相連,滴定管灌滿染料水溶液,打開活栓瞬間,染料在食鹽水中形成漩渦偶極子,由漩渦偶極子移動距離隨時間的變化,可求得染料作用於食鹽水的慣性力。等位線與電場實驗的電場形成盤放入兩層濃度不同的食鹽水,用兩片平行金屬板做電極,在食鹽水面上放一磁鐵,磁鐵下方滴入數滴染料,食鹽水中的離子受電力、勞侖茲力及黏滯力作用亦形成漩渦偶極子,由漩渦偶極子移動的距離隨時間的變化可求得勞侖茲力。

DCPIP變色比一比

“藍瓶反應”是一個常見的趣味實驗,以亞甲藍的藍色←→無色瞬間的變化令人稱奇。經過實驗,我們從許多不同的染色劑中,發現除亞甲藍之外,亦有能夠進行藍瓶反應的──“DCPIP”。於是我們進一步探討“DCPIP”的結構,並探討其可能的反應過程,及在不同條件下之反應速率。於是我們就發現了不僅葡萄糖、果糖、半乳糖可出現藍瓶現象,只要可以繼續氧化的官能基(例如羥基或醛),在其官能基附近有拉電子基的存在,亦產生效果絕佳的藍瓶反應。 亦以葡萄糖本身為探討的主題,到底是哪一個官能基最有可能先開始反應?也探討DCPIP、氧氣、葡萄糖及氫氧化鈉四者之間可能發生的機制。我們也發現了藍瓶反應的現象要發生,四者的條件缺一不可。另我們亦以氧化電位及還原電位去探討其中可以變色的原因。於是就慢慢揭開藍瓶反應神秘的面紗。

以魚類耳石探討A.MAMORATA的生長和迴游特性

鱸鰻(Anguilla marmorata)曾經是台灣的保育類動物,雖然於2009年解除其保育類身分,但對於其生活史目前所知仍然非常有限,相關論文也很少。本研究欲藉由鱸鰻耳石上出現的年輪、日周輪以及微量元素之分析,來重建鰻魚的生長及洄游環境史。我們利用台灣大學漁業科學研究所採自菲律賓的野生鱸鰻和海南島的養殖鱸鰻進行分析,並且和已經發表的日本鰻(A. japonica) 文獻比對,以期歸納出鱸鰻的生活史以及棲地利用的特性。本研究的耳石測量在台灣大學漁業科學研究所進行,魚類耳石鍶鈣比則利用中央研究院地球科學研究所的電子微探儀(EPMA) 進行分析。結果發現鱸鰻自海中孵化後約莫經過130天會回到陸地的淡水環境成長,這與日本鰻回到陸地鹹淡水環境成長的特性有很大差別。這項發現對今後鱸鰻保育工作的環境管理措施,具有參考價值。

草藥對癌症轉移之影響

癌症轉移是大部分癌症治療失敗的主因。癌症轉移涉及癌細胞不正常活化周圍蛋白水解酶並將胞外基底膜基質(ECM)降解,讓細胞得以轉移至其他器官。本研究聚焦於研發可以阻止癌細胞侵襲其他組織或轉移的藥物,並期望能以藥物控制蛋白水解酶的活性,進而達到降低癌症轉移的機會。我們發現兩種草藥萃取物(MSL-G和MSL-H)可有效地抑制肝、肺和攝護腺癌細胞的移動侵襲力。實驗結果顯示,此二草藥萃取物可有效抑制基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase 2 and 9 (MMP2/9))的活性,並促進金屬蛋白酶抑制蛋白(TIMP1)的表現。因此這兩種草藥萃取物可能促使TIMP1的表現進而抑制MMP2/9的活性,或同時具抑制MMP2/9的蛋白酶活化機制,並指出此兩種萃取物具有開發為抗癌藥物之潛力,計畫將利用動物實驗進一步驗證此藥物對癌症轉移的效用。

眼位變變變-蝌蚪變態前後眼睛型態轉變之研究

兩棲類是一群可以在水域及陸域棲息生活的動物,幼體期蝌蚪生活在水中,具尾巴可四處游動,多數為濾食或刮食,但變態後的成體青蛙主要生活在陸地,吐出長舌捕食會動的生物。因此蝌蚪變態前後不僅生存環境大為改變,攝食行為也從被動取食轉為主動攻擊,所以推測牠們在變態過程中,眼睛位置會有所變化,形成更大的雙眼(立體)視覺區,適應變態前後的劇烈改變。本研究運用向量幾何作圖方式,將頭部眼睛位置座標數值化後,分析不同蝌蚪變態前後眼睛位置與雙眼視覺的變化情形,試著找出變化趨勢與棲地、行為或演化之間的關聯性。結果發現不同眼睛類型的蝌蚪在變態過程中,眼睛位置會有不同的轉變過程,但變態之後,眼睛皆會往頭部兩側移動,眼睛至吻端的距離變短,導致雙眼視覺區變大,更具立體視覺,可精準判斷獵物位置。此外也發現蝌蚪視野範圍主要受水層高低影響,高水層蝌蚪眼睛位於頭兩側,低水層蝌蚪眼睛則生長在背部。成蛙視野範圍影響因素有棲地、行為及親緣關係,棲地分析結果顯示會在水陸兩邊活動的成蛙視野範圍最大。水棲型的福建大頭蛙具有強領域行為,陸棲性黑眶蟾蜍具瞄準捕食行為,故雙眼視覺都較大。同屬於樹蛙科的蛙類雙眼視覺大小的影響因素主要與為活動高度有關,樹棲型樹蛙因需在樹林活動,演化出較大的雙眼視覺,以利判斷空間位置。艾氏、王氏與碧眼樹蛙等親緣關係接近的姊妹種因生殖行為類似,蝌蚪與成蛙都演化出具有相似的眼睛型態。

絲絲入扣-可發光高分子奈米纖維之探討

過量的紫外線易引發皮膚病變。因此,我希望找出一種能將紫外光轉為有益皮膚之可見光的方法。我以可發光高分子奈米纖維為素材,嘗試了兩種不同的方法。第一種為利用可發光之PFO、PFBT高分子來製造纖維。發現藉由添加特殊基團(BT)修飾,可改變纖維放光波長。另一種為使用聚乳酸混合聚集誘導發光特性(AIE)小分子。在比較各配方後,以HPS小分子與PLA 120 mg/mL溶於二氯甲烷:二甲基甲醯胺(7:3)製出的纖維最佳。而經由光譜圖的觀察比較可證明:電紡的拉伸特性及奈米尺寸的高比表面積,更能增加纖維的發光效率。期望未來能將其運用於光療面膜、抗紫外線衣物等方面。

圓圓不絕的三角問題-三角形分割內切圓性質探討

任意三角形我們可以從其中一個頂點作分割線將其分割為兩個三角形,若分割三角形的兩個(子)內切圓面積和與原三角形的內切圓面積相等,我們稱此分割法為分切解。以直角三角形為例,很明顯的,對斜邊作高的分割方式為一分切解,更進一步的研究,我們發現將其子三角形的內切圓位置互換,其所得依然為一合法的解(稱為交換解)。有了這樣的經驗,我們試圖將問題推廣至更一般性的情況,對於任意三角形,我們證明了以一頂點分割至多存在二分切解,進而,在這樣不失一般性的假設之下,我們推導出簡潔的判別式以判斷針對一頂點是否存在分切解;更甚,我們證實了交換解對任一三角形依然成立。最後我們也發展出針對直角三角形之分切解的尺規作圖法。

多方塊的塗色問題

在本篇研究報告中,主要討論一個關於多方塊的問題:給定一個多方塊,試找出n的最小值使得在無限大的棋盤上,可以塗上n種顏色並且使多方塊沿格線無論如何放置,都不會蓋到重複的顏色。一開始先以V形三方塊的情況開始討論,之後將單方塊至五方塊的所有情況都有系統地討論完畢。 為了給出顏色數的估計,考慮同時適用於所有k方塊的情況。也就是說,要找到一個塗上n種顏色的無限棋盤使得無論任一個被選定的多方塊怎麼被放置在棋盤上,都不會覆蓋到相同顏色的格子。本篇研究成功地給出了此問題的精確解。 除了上面一種估計之外,本篇研究也考慮了矩形多方塊的顏色數,並試圖以之給出所有多方塊所需的顏色數之上下界。最後我得到k方塊所需的顏色數至多為8(k+1)2/25.