全國中小學科展

四等獎

「霍」「利」倍蓰-探討霍特林模型與低級中地:便利商店之發展

在中地理論均質平面、均質人口密度的假設下,加入區域經濟學Hotelling模型(1929)分析降價與品質效益策略,得知當中地追求品質效益,所獲得的最大收益會大於使用降價策略的最大值。也就是說,追求品質效益的經營策略應是優於降價策略。 在台灣是所有便利商店龍頭的7-Eleven便是一個很好的例子。多數人都覺得7-Eleven的設點條件優於其他便利商店,但事實上真是如此嗎? 以大安區為例,根據本研究所假定的三個問題皆為否,得知7-Eleven設點條件較不優於別人,卻比其他超商擁有更多消費者,便符合低級中地在品質效益模型的發展,表示提升品牌的品質,便能擴大可服務範圍。因此品質效益應是商店致力追求的目標。

用自行運動在資料庫中找出疏散星團

目前已被發現並編號的疏散星團已超過一千個,但據推測實際數量應有十倍乃至 更多,因此本研究利用 2012 年 8 月發表的 UCAC4 天體資料庫,並使用資料庫中星體 的自行運動、位置、各波段的亮度等數據,先對已知的 Hyades、M45、NGC752、NGC1039、 NGC2632 等五個疏散星團進行分析。我們製作各個星團的散佈圖及直條圖等,研究能 有效找出星團成員星的方法,再用我們所選的星團成員星重新計算星團的位置、星團 大小、年齡、距離等參數。 研究最後我們下載部分天區的星體資料,以自行運動搭配光度來篩選,嘗試找出 新的疏散星團,以驗證本研究的可信度。本研究的分析方法可從大多數已知有疏散星 團的天區內找出星團,不過我們發現將 Vmag 比 10 等暗的星點資料刪除後作成的圖表 最為準確,且由於分析方法和資料的精細度還不足夠,我們並未發現新的疏散星團。 本研究亦觀察到 UCAC4 資料庫在 NGC1039 附近的天區資料有異常的現象。

Rhodium-Catalyzed Enantioselective 1,2-Addition of ArylboronicReagents to α-Ketoesters using Chiral Diene Ligands

本研究是以「tert-butyl 2-oxo-2-phenylacetate 進行 1,2-不對稱加成製備成 tert-butyl 2-hydroxy-2,2-diphenylacetate之最適化實驗」做為實驗目標,在起始物的苯環上添加不同的取代基進行反應,以探討不同的 tert-butyl 2-oxo-2-phenylacetate 衍生物產率及鏡像超越值的差異。研究結果顯示,在以取代基位置為操作變因的實驗中,間位、對位擁有 48% 及 43% 的產率,鄰位產率則僅有 12% ,但鏡像超越值皆能達 >90% ee。由此可推論鄰位因有較大的立體阻礙,使得反應不易發生;間位雖比對位有較高的立體阻礙,但因與反應處相距較遠,故影響較小;而鏡像選擇性不受立體阻礙影響。為了使間位和對位反應的差異更為明顯,故決定在間位及對位以不同電子效應的基團做為取代基進行反應。研究結果也顯示,當間位具有一個拉電子特性的 CF3取代基,能使 α–ketoester 之加成產物產率>99%。未來若能進一步以更多不同的推拉電子基做為取代基,則可望使立體阻礙大小與推拉電子效應被量化,進而預測產率,協助進行最適化製備的研究過程中,更有效率的找到最適化條件。

TCA cycle perturbation induces renal mitochondrial dysfunction and enhanced oxidative stress in diabetic nephropathy-1H NMR-based untargeted metabolomics analysis for potential biomarkers and the effe

本研究藉由基因誘導之第二型糖尿病小鼠(Male B6.BKS-Leprdb mice; db/db mice)做為動物模型,並利用氫質譜儀與代謝體學之平台(1H NMR-based untargeted metabolomics)了解第二型糖尿病所導致的腎病變之疾病進程中的代謝途徑變化,及白胺酸的介入對於疾病進程的影響。研究發現,三羧酸循環及支鍊胺基酸代謝途徑中的代謝物,在基因誘導之第二型糖尿病小鼠尿液中有顯著下降,此發現指出糖尿病腎病變所造成的粒線體能量代謝功能下降。在肝臟組織萃取中,脂化膽固醇(esterified cholesterol)的上升及 β-胡蘿蔔素(β-carotene)、維生素A(vitamin A)及維生素A酸(retinoic acid)的下降顯示肝臟產生脂肪肝及其氧化壓力之上升。白胺酸的介入對於減緩腎臟粒線體受損及降低脂肪肝與氧化壓力並無顯著功效,此現象可歸因於支鍊胺基酸啟動mTORC1代謝途徑。本研究所標定之代謝物可被應用於第二型糖尿病及其所導致之腎病變的生物指標。

微生物發酵法運用於蚓糞處理與雞場除臭之研究

本研究以不同微生物發酵方式(EM菌(Effective Microerganisms)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、蔡十八菌、木黴菌(Trichoderma))養殖蚯蚓,並固定牛糞、紙污泥與太空包與其他輔料(米糠、蔗渣、果皮、腐葉)成分(原料來自雲林縣工、農業廢棄物),並用本土種的掘穴環爪蚓(Perionyx excavates)分解,以室內分層式堆肥採收蚓糞,再用機械篩選出高純度蚓糞;以雲林縣農作物:小白菜(西螺鎮)、香瓜(二崙鄉)、番茄(口湖鄉)為實驗作物,探討蚓糞當有機肥,作物生長與甜度變化;並將蚓糞與剩料(純度較低)運用於雞場除臭功能,經實驗結果顯示,蚓糞用於農作物與除臭皆有顯著的效果呈現。

看見拔河中的力

本設計利用了應變規(Strain Gauge)的原理去製作一台可以量測拔河時繩子兩端的施加力量值,本設計採用的原理是當應變規受力時其電阻值會因為不同的力量而產生不同的應變的變化。進一步地,本設計的準確性也進行了校正。透過拔河繩拉力所產生的應變造成電阻變化,來轉換成力量數值,而利用自已設計製造的夾具,放置在拔河繩上並固定在繩子的兩側,分析其應力應變和受力狀況來測出力量值。 本設計只用簡單的應變規、電子顯示器和電子零件,低成本、簡單構造的設計來達成本研究之目的,來解決拔河過程中比賽的兩隊平衡力之顯示,使拔河更增加樂趣,增加拔河的的趣味性、數值化。

狡兔八窟

科展源自於一個數學專欄上的問題,是關於兔子藏於圖形的某一個頂點,則在兔子位置可能變動和有所限制的射擊規則下,求出每一次最少要同時對幾個頂點開槍,才能「保證」可以獵到兔子。原始題目設定的圖形為正六面體,而我們將其擴展為不同的圖形,利用S(G)≥δ(G)+1得出路徑(Pn)、圈(Cn)的最小射擊點數,利用帶寬及|N(S)|相等的排序條件得出矩形(Pm×Pn)、長方體(Pm×Pn×Pk)、n維立方體(Qn)的最小射擊點數、利用觀察配合可行射擊策略,推測出完滿k元樹(k–treeh)的遞迴關係式並得出上界,建構可行方法,並期望算出最小射擊次數。目前研究結果為上述圖形之最小所需射擊點數及可行射擊策略。

空間中的福特球

本研究旨在探討由法里數列生成的福特圓、以及與其有相似性,但是三維(或更高)的福特球的相關性質,我們分成三個部分來探討。一、首先我們驗證福特圓的衍生方式是否與法里數列相符合,並發想出另一種福特圓的衍生方法;二、以類似福特圓的方式,定義三維中的福特球、推導出以三顆球衍生第四顆球的公式、且限制其衍生的範圍,爾後由同一方向(以最新三顆球作衍生)、固定某一個球(固定某顆球,以最新兩顆球和固定球衍生)等方式衍生,並且利用空間中的索迪公式,對其半徑倒數與配合半徑倒數化繁後的x、y分子的遞迴關係式作探討;三、在高維度中,同樣定義出福特球(並非球體,只是敘述上方便的統稱),利用索迪公式對同一方向衍生的半徑倒數數列的遞迴關係式來探討。

對抗上皮細胞黏附因子之CAR-T細胞於癌症免疫治療之研究

以往人類對抗癌症只能依靠手術、化療、電療等治標不治本的手段殺死癌細胞,不僅效率差且有強烈的副作用,而CAR-T免疫療法透過活化病人自身免疫細胞來專一性的治療癌症。 本研究旨在發展能治療實質固態瘤的CAR-T免疫療法,透過活化由人血中所分離出來的T細胞,使之能辨識在癌細胞中大量表現的上皮細胞黏附因子(EpCAM),並建立一套體外細胞毒殺測試的模型來測試CAR-T殺死腫瘤細胞的能力,以篩選出具有發展潛力CAR-T細胞。 本研究從外周血單個核細胞(PBMC)中分離T細胞,透過基因重組技術與lentivirus來改造T細胞,使T細胞表現CAR基因,再利用Dynabeads Human T-Activator CD3/CD28活化,並以大腸癌細胞株HCT116當作癌細胞目標,測試CAR-T是否有能力殺死腫瘤細胞,另外也以不表現EpCAM的A549肺癌細胞株、H460肺癌細胞株進行毒殺能力測試,結果顯示此CAR-T細胞有高度專一性,證明此CAR-T細胞具有潛力成為新一代的CAR-T免疫療法。

以體外培養模式驗證魚鱗可作為細胞移植載體用於修復眼角膜內皮

研究目的: 探討魚鱗可否做為細胞移植載體以及其表面改良之方法,並了解相關之調控機轉。 研究過程: 魚鱗表面分別以纖維黏連蛋白、層黏連蛋白、第四型膠原蛋白或FNC® coating mix等胞外基質塗佈後,觀察B4G12細胞(人類角膜內皮細胞株)的貼附與增生是否有改善,並以基因微陣列探討FNC塗佈後對B4G12細胞基因表現的影響。 研究結果: 魚鱗表面塗佈能幫助B4G12細胞的貼附與增生,以交聯劑固定魚鱗表面塗佈不會影響其效果。基因微陣列、定量PCR與西方墨點法實驗結果顯示表面塗佈處理能1.上調整合素途徑以及其下游Wnt途徑的活化,有利於細胞增生、2.上調醣類代謝相關酵素(PFKP),使細胞有更高之代謝活性、3.上調與液體運輸相關的第12型碳酸酐酶 (CA12)。抑制ILK可下調CA12的蛋白質表現,顯示CA12之調控受ILK途徑影響。 研究結論: 表面塗佈後魚鱗可做為細胞載體。塗佈可活化整合素途徑,促進B4G12細胞貼附與增生。整合素徑亦可能經由調控CA12表現調節水分運輸。此外,表面塗佈亦可能經由上調醣類代謝酵素增加細胞代謝活性。 應用性: 此研究提供了一種創新的細胞載體及其改進策略,或可促進角膜內皮細胞療法之實現。