全國中小學科展

四等獎

台灣藍鵲的習性與領域行為之研究

近年來都會區常有臺灣藍鵲出沒,讓習於都市文明的現代人不知如何應對。本研究目的在了解臺灣藍鵲的習性、合作生殖行為、領域行為,進而探討引發臺灣藍鵲威嚇、攻擊行為的因素。從民國106年2月起至111年9月止,在住家庭院前和社區進行有系統的生態習性觀察 ,透過拍照、錄影,最後實驗出顏色、距離、聲音是否影響臺灣藍鵲領域行為。結果發現:繁殖期是從三月上旬開始,七月上旬結束。當發現牠們開始築巢時,不要靠近或干擾,因為臺灣藍鵲有領域行為,要距離臺灣藍鵲至少54.4公尺以上,遠離鳥巢7.1公尺範圍以外,也要避免穿紅色衣服或桃紅色衣服在鳥巢樹下走動,才不會引起臺灣藍鵲出現威嚇行為。不要讓聲音超過 97 ±2(mean S.D.)分貝以上,那是臺灣藍鵲無法忍受的噪音範圍。所以,與臺灣藍鵲就地保育與共存,讓人們認識、理解牠,是減少衝突的關鍵。

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。

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。

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。

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。

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。

旋葉構型對泵浦抽水優化之探討

旋葉之細部結構跟泵浦效率有密切的關連[1,2],本研究專注探討不同幾何形狀旋葉構型之效應,我們先利用3D列印快速成形之技術優勢,做出50種不同的旋葉,分別有圓弧形、橢圓弧形及直立形進行實驗測試,並計算其總效率找出最高值的旋葉,編碼為A2-ea281-ia279-8。 將最高值旋葉,套入田口法進行優化,目標是望大。經過信噪比及均值分析後,發現影響總效率之最大參數是旋葉數,其次是出口角,最後是入口角,田口法中得出,重新設計的更細部參數的最佳旋葉是A2-ea28-ia23-8,同時利用機器學習建立迴歸函數模型,透過訓練的模型,預測出效率值,最後經過COMSOL Multiphysics軟體模擬檢測出A2-ea28-ia23-8依然保持最佳的內部流場狀況,並運用自行設計之簡易透明泵浦,進行測試與印證。

糖果傳遞問題之研究與推廣

n個人圍成一圈,面向圓心,且逆時針編號1,2,……,n。一開始每人手中有一個糖果,由1號開始,逆時針分別給右邊的人一個、兩個、一個、兩個……糖果,手上沒有糖果的人必須退出。我們將此傳遞規則定義為T_1,2,同理T_(1,2⋯,p)。這個傳遞遊戲,最終會有兩種情形,第一種是由一人獨得所有糖果(成功狀態),第二種是數人間傳遞糖果且形成循環(循環狀態)。 研究後得知,在傳遞規則T_(1,2⋯,p) (p≥2)下,若p=〖p_1〗^(α_1 ) 〖p_2〗^(α_2 )⋯〖p_i〗^(α_i )⋯〖p_j〗^(α_j ) ( 為p的相異質因數),任意的n值(n≥p+1)均可唯一表示成n=(p)^t×(〖p_1〗^(s_1 ) 〖p_2〗^(s_2 )⋯〖p_i〗^(s_i )⋅m)+q (t,m∈N, p ∤〖p_1〗^(s_1 ) 〖p_2〗^(s_2 )⋯〖p_i〗^(s_i ), (m,p)=1, q=1,2,⋯,p),令S=(p^t (p-q)+(pq-1))/(p-1)+R⋅p^t,則當m=1時,最終為成功狀態,且獨得糖果者的初始編號為S;當m≥2時,最終為循環狀態,且由m人循環傳遞糖果,而此m人的初始編號是S, S+p^t 〖p_1〗^(s_1 ) 〖p_2〗^(s_2 )⋯〖p_i〗^(s_i ), ⋯⋯ , S+(m-1)⋅p^t 〖p_1〗^(s_1 ) 〖p_2〗^(s_2 )⋯〖p_i〗^(s_i )。上述公式中的R值,可透過我們研究出來的「R值迭代法」求得。更進一步,我們也找出達到成功狀態或循環狀態的最小傳遞數。

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。

全無機 CsPbBr3鈣鈦礦量⼦點與其⼆價陽離⼦摻雜之光學特性、穩定性與噴墨列印應⽤之研究

本研究提出一款新型硫化氫偵測之螢光探針,我們選用BTIC作為探針螢光主結構並藉由修飾上疊氮達成偵測硫化氫之目的。帶入設計上,利用PPH3形成與粒線體的電位差使其將探針帶進粒線體,最終進行粒線體內硫化氫之偵測與顯影。 目前本實驗已合成出螢光探針基本結構與側鍊結構,並初步檢測探針對於硫化氫的偵測能力,確認其能夠與之反應並有顯著螢光變化。另外,目前已成功接上側鍊,待純化出目標產物後將進行進一步的性質檢測,包括選擇性、靈敏性、及持久性。 最後,我們預計將探針實際進行生物顯影,做多個結構顯影的比對,確認本研究之成效。此外,我們希望此款螢光探針除硫化氫偵測外,還能夠進行生物機制探討或疾病細胞篩選的應用。