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四等獎

Study of Ferrofluid and Magnetic Fields

鐵磁流體同時具有液體的流動性和固體磁性材料的磁性,由磁性微粒、界面活性劑以及載液混合形成的膠體液體。本報告探討鐵磁流體的製備過程,在化學共沉法中改變滴入氨水的濃度 (pH 值),建立一套標準稀釋氨水 pH 值量表。為了研究產物之間的差異,將產物進行 SEM 拍攝與 XRD 分析。 本研究使用低成本自製磁力測量裝置,測量磁力數值繪製多張圖表進行分析。從對磁場研究的過程發現鐵磁流體在受磁鐵吸引時會產生類似泰勒錐之錐體,架設自製觀測設備,觀察多種變因對錐體行為之影響,同時對錐體進行數值分析。此點乃為本研究提出創新科學設計。 未來將探討粒徑對製成鐵磁流體性質的影響,並以更精確的方式探討鐵磁流體在磁場下的受力分析圖。探討鐵磁流體之導電性,分析應用於現有電漿裝置之可能性,期望改良目前的電漿產生裝置中高汙染且不可撓曲的缺點。

Two Games on Graphs Extended from the Game of Squayles

本研究是關於 nim 遊戲的兩種推廣(其中一種是一個稱為 the game of squayles 的遊戲的推廣),稱為 edge-removing game 和 star-removing game。此遊戲為兩人遊戲。在遊戲的一開始,有一個簡單圖 G。兩個玩家輪流刪除該圖的非空路徑或非空星子圖的邊。首先不能移動的一方輸掉遊戲。 在 edge-removing game 中,我成功計算出某些特殊圖的 Grundy numbers,並給出了一般 k 星的 Grundy numbers 上界。接著我定義了一種新的圖,稱為 nice graphs,並發現所有 nice graphs 都是 N-position。我由此給出了任意兩個非空圖的 join product 的解。至於圖的 Cartesian product,我給出了兩個滿足一定條件的非空圖的 Cartesian product 的解,並發現一個 fully nice graph 和任何至少有 2 個頂點的連通圖的 Cartesian product 也是 fully nice 的。使用這個性質,我給出了 r-dimensional grids 上的 edge-removing game 的解。 至於 star-removing game,我最大的突破是構思出對稱性這個概念。使用這個概念,我給出更一般化的結論,可以用來有效分析某些圖的 Cartesian product 上的的 star-removing game。使用這些結果,我給出了 r-dimensional grids 的解。

磁攪拌子在黏滯液體下作磁懸浮運動之實用性探究與數值模擬法的發展之研究

本研究對磁攪拌子的懸浮做出一連串的實驗探究與數值模擬法的建模。透過觀察實驗,分析磁攪拌子與驅動磁鐵的互動,提出磁攪拌子跳起與穩定懸浮的原因。建立運動方程式,並使用數值模擬法預測各種變因的影響,也編寫程式語言使模擬的結果以動畫呈現。依照理論的預測,設計實驗驗證數值模擬法的適用性;探討懸浮的動能,發現耦合性質。 在應用方面,懸浮運動是攪拌與懸浮的結合,應可為黏度差異大之化學反應提供穩定反應的攪拌系統。本研究為增進「懸浮式攪拌」的實用性,以數值模擬法測試多極驅動系統的可行性,並成功達成;探討長度對攪拌效率的影響,提供在弱驅動系統中達成懸浮的辦法。為了在應用層面上有更好的發展,透過理論模型提出控制懸浮高度的方法,而實驗結果指出此方法的可行性。為尚不明確有何應用的「磁攪拌子懸浮運動」提供明確的發展方向。

休息是為了走更遠—阿拉伯芥之耐熱記憶

阿拉伯芥的長期後天耐熱性(LAT)有如人類的「學習」,如何延長其「記憶」為本研究探討的主要目標。首先以改變熱處理間期之光週期來確立 hsp101、hsa32突變株在光照期變短下,LAT 處理後的存活率有提高之趨勢,而西方墨點法也發現 HSP101 之表現量與存活率有相同的趨勢,LAT 耐熱記憶的延續與否和 HSP101 的量息息相關。低溫降低代謝與光照期變短在存活率、西方墨點法的實驗結果相似,這顯示光照期變短可能也是透過代謝減緩,進而減少 HSP101的降解,使突變株的存活率提高。最後,花椰菜HV-427、HV-178的光週期實驗中,在進行LAT處理後,低光照下的受傷率有降低的趨勢,顯示降低光照能夠提升其耐熱性。我們期望此結果未來可應用在農業生物科技,透過更具經濟價值的方式來降低代謝進而延續LAT耐熱記憶,提升其對抗熱逆境的能力。

上皮細胞黏附因子(EpCAM)對腫瘤微環境與上皮間質轉化(EMT)影響之機制探討

上皮細胞黏附因子 (EpCAM)參與了細胞的黏附、信息傳遞、增殖及分化等功能,並在惡性腫瘤組織中大量表達,被當作各種癌症的診斷標誌物,因此被認為是治療癌症的重要關鍵。另外近期研發的抗EpCAM中和性抗體被認為能抑制EpCAM的訊息傳遞,導致腫瘤細胞的死亡,也可以降低癌細胞中PD-L1蛋白的表現,進而導致腫瘤細胞死亡及活化T細胞殺死癌細胞的能力。 為了觀察EpCAM是否會對癌細胞造成影響,我們將癌細胞分成野生型 (wild type)以及EpCAM基因剔除細胞株,並以Western blotting及qRT-PCR確認實驗組的EpCAM基因有確實被成功剔除。進一步利用細胞存活率及細胞群落實驗證實EpCAM會促進大腸直腸癌細胞增生,並以抑制劑DAPT和TAPI-1處理證實EpCAM訊息傳遞會增加癌細胞轉移與侵入能力。接著為了驗證EpCAM中和性抗體的作用,我們用EpCAM中和性抗體處理癌細胞後,由細胞凋亡實驗確認EpCAM中和性抗體確實會促使癌細胞凋亡。我們的研究結果顯示EpCAM的訊息傳遞會促進腫瘤增生與轉移,而EpCAM中和性抗體於癌症治療中的高度前瞻性,期許將來能在癌症治療中提供一個可行有效的療法。

還有「轉環」的餘地—探討鋼球在自轉圓環軌道的運動

將鋼球放入一個鉛直站立的圓環凹槽內,當圓環由靜止開始轉動的過程中,鋼球沿著圓環向上運動,經過我們設計並改良的實驗架設,製作出穩定的實驗裝置進行量測,探討各種變因對鋼球運動的影響,並彙整出鋼球運動的幾個階段,進行理論建模與實驗數據的比較分析;我們參考幾篇論文嘗試在理論建模的方程式逐步加入模擬修正,從最單純的質點運動方程式逐步考慮旋轉、搖晃、阻力、鋼球體積等等,比較理論模擬結果與實驗數據的差異,也驗證了一些論文中缺乏實驗驗證的理論計算之正確性。

磷酸銀修飾二硫化錫奈米複合結構:應用於光催化二氧化碳還原反應

本研究利用水熱法合成 C-SnS2光觸媒,再藉由化學水浴沈澱法(CBP)將 Ag3PO4 奈米顆粒還原在 C-SnS2 表面,得到複合半導體 Ag3PO4@C-SnS2。接著再分別以 C-SnS2 和 Ag3PO4@C-SnS2 進行人工光合作用,將二氧化碳還原為可用能源,並探討兩者之差異。藉由電子顯微鏡、 X 光繞射儀、紫外-可見光光譜儀、傅立葉轉換紅外線光譜儀、 X 光光電子能譜儀和氣相層析儀,分析樣品的晶體結構、能隙、吸光範圍和二氧化碳還原反應的氣體產物。最後,我們發現複合物 Ag3PO4@C-SnS2 的光化學量子效率較純的 C-SnS2 高,也就是此複合物能有效的提升二氧化碳還原效率。

見「塑」不見「鱗」?-魚鱗環保薄膜的研發及應用

本研究探討富含膠原蛋白的魚鱗,藉由嘗試各種電器及配合熬煮時間長短,萃取出最佳濃度之魚鱗萃取液,並找出最佳成膜配方為魚鱗萃取液20 g、5 %TG酵素水溶液0.8 mL、甘油 1 mL、乙醇 1.5 mL,以冰箱冷藏方式製作出魚鱗薄膜,接著以自製儀器測量魚鱗薄膜之透水性、穿刺強度、彈性、水溶溫度、膠熔溫度等物理性質,再將製作出的魚鱗薄膜包覆胡椒乾粉及油料醬包,以熱壓來密封包裝膜封口,封膜效果好不會溢出,放入熱水中 2 分鐘內皆可完全溶解,攪拌後調味料分布平均,是很適合當作泡麵調味包的包裝材料,故將魚鱗廢棄物再利用,製作的薄膜不但能食用,亦能取代塑膠,預期可達到「低污染、省資源、無廢棄」等減量減廢之環保理念。

探討有機分子官能基對胰島類澱粉蛋白(IAPP)之影響

過去許多文獻報導胰島類澱粉蛋白(islet amyloid polypeptide;IAPP)在體內的不正常聚集的現象,會造成分泌此賀爾蒙的β-細胞凋亡,間接導致胰島素分泌的下降,因此被認為與第二型糖尿病有高度的相關性。本研究利用不同官能基之香豆素(Coumarin)衍生物,測試其對胰島類澱粉蛋白之作用;實驗中成功合成高純度IAPP胜肽,再與香豆素衍生物(其光學特性已被檢測)進行混合,爾後進行硫磺素-T動力學試驗及穿透式電子顯微鏡觀察,我們發現某幾個香豆素衍生物確實會影響IAPP的聚集,再藉由圓偏光二色性光譜進一步瞭解有機分子對於IAPP聚集結構之影響,也利用分子模擬的方法來探討其如何與IAPP作用。 本實驗首創以香豆素作為基本骨架,探討官能基結構與IAPP間之交互作用,期待此研究成果可提供第二型糖尿病病症治療之契機與方法。

破解清空盒子彈珠的最佳途徑

108學年度台北市普通型高級中等學校數學及自然學科能力競賽數學科筆試(二)試題第四題,題目如下:「小明有A、B兩個盒子,一開始A盒裝有22顆彈珠,而B盒是空的。小明每次操作可以從A盒中拿一顆彈珠放到B盒,或從A盒中移去k顆彈珠,其中k是B盒子中的彈珠數量。小明至少需要幾次操作,才能將A盒中的彈珠完全清空。」 本研究利用算幾不等式及取整符號來推導出當A盒中有m顆單色的彈珠時,我們已能快速地找到清空盒內彈珠的的最少操作次數、B盒最終彈珠數量x及操作方法總數 ,進而能一一列出最少操作次數的所有可能操作 過程,而其中操作方法總數 的計算方法即為著名的正整數分割問題。其次,我們推廣至A盒有相同數量的1~4種顏色彈珠時,清空A盒彈珠所需的最少操作次數以及B盒最終彈珠數量。