全國中小學科展

四等獎

PBC~ A home-use detection device for brain tumors that compress the brain stem and optic nerve

腦部腫瘤是沉默殺手, 藏匿在腦中數十年。 一旦發作,通常都會造成巨大的影響。雖有數種高階儀器,可以檢測。但檢測過程繁複、 等待時間以及價格, 對於民眾都是不小的負擔。 腦部腫瘤的診斷方式為: 神經內、 外醫生會用筆燈對患者做初步的瞳孔光反應檢查。 藉由患者瞳孔縮小的速率,判斷是否要安排進階的檢查。但此行為仰賴醫生的經驗,沒有統一的方法及數據可供判斷。 本研究設計一款成本約$1,300 元, 重量僅 159 g,圓柱直徑與柱高皆約為 7cm 的隨身裝置。 藉由 MCU 控制攝影機, 頂部 1.44 吋 TFT 螢幕可即時顯示患者眼部狀態,檢查結果計算後, 也會立即顯示在螢幕上。除提供醫護人員即時數據化的解讀患者狀態。更協助醫護人員在做瞳孔光刺激檢查時,有科學化的標準。

Construction of Brahmagupta n-gons by Chebyshev Polynomials

Brahmagupta n-gons是邊長為整數的圓內接多邊形,其對角線長與面積亦為整數,半徑為有理數。而作者發現參考文獻[2,3]建構的完美多邊形其實就是Brahmagupta n-gons經過適當伸縮後,使得外接圓半徑為整數時的圓內接多邊形。 參考文獻「建構邊長為整數的圓內接多邊形」[2] 與「建構三種以上相異整數邊長的圓內接多邊形」[3]是我2020年的作品,我建構了多類兩種以上相異整數邊長的圓內接多邊形的一般式。因為我的建構方法會使得外接圓半徑很大,故本研究先討論在單位圓上邊長為有理數的圓內接多邊形,再將其適當地伸縮後,即可得邊長為整數的圓內接多邊形。 在n倍角公式的研究方法也由隸美弗定理改成使用柴比雪夫多項式做更深層的刻畫,完整的找出多種相異整數邊長且外接圓半徑與所有對角線長均為整數的圓內接多邊形的一般式。

探討線蟲於線蟲捕捉菌獵食壓力下之適應性

獵食關係(predator-prey interaction)普遍存在於自然界中,本研究欲以線蟲與線蟲捕捉菌(nematode trapping fungi, NTF)做為探討獵食關係的分子模型,進一步了解獵食者與獵物的共同演化關係。依此,本研究設計了適性實驗以了解線蟲在線蟲捕捉菌獵食壓力下,其母體或子代行為與適應性變化。本研究發現,當暴露於線蟲捕捉菌所分泌的吸引性氣味分子MMB,線蟲會降低其生長速率;而線蟲在被線蟲捕捉菌捕捉後,子代對線蟲捕捉菌與MMB之趨化性顯著降低,並可能透過piRNA路徑遺傳此行為改變,影響三個世代,藉此增加族群的適應性。本研究未來會進一步了解線蟲適應行為改變的分子機制,並希望能藉此系統增進對獵食者-獵物交互作用的了解。

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。

上皮細胞黏附因子(EpCAM)對腫瘤增生影響之機制探討

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。另外抗EpCAM中和性抗體可以阻斷EpCAM訊息傳遞,進而引起癌細胞PD-L1的表現量降低並促進T細胞的毒殺活性。為了觀察EpCAM是否會對癌細胞的增生、轉移以及侵入能力造成影響,我們將細胞分為野生型 (wild type) 和EpCAM基因剔除細胞株 (EpCAM knockout) 進行實驗。首先,我們以Western-blotting和qRT-PCR確認EpCAM基因剔除組的EpCAM基因有確實被剔除,再進一步利用細胞存活率及細胞群落實驗證實EpCAM會促進癌細胞的增生能力,並分別藉由EGFR的抑制劑Afatinib與HGFR的抑制劑Crizotinib對於癌細胞存活率的實驗證實EpCAM 對於EGFR與HGFR的訊息傳遞扮演重要角色。接著分析EpCAM對癌細胞轉移及侵入能力的影響,γ-secretase和ADAM17皆為裁剪EpCAM進行訊息傳遞的重要酵素,實驗中的癌細胞分別以γ-secretase和ADAM17的抑制劑DAPT和TAPI-1處理,證實EpCAM的訊息傳遞與癌細胞轉移與侵入能力有關。接著我們以EpCAM中和性抗體處理癌細胞後,證實EpCAM中和性抗體確實會促使癌細胞凋亡。最後我們利用Western blotting分析EpCAM對於不同激酶磷酸化的蛋白質表現量之影響,找出EpCAM下游訊息傳遞的完整路徑,期望能找到治療癌症的關鍵。

雙圓記-探究共邊三角形的外接圓 Journey of two circles -Inquiry of two triangles with common side.

這是一個歷時兩年半鑽研兩共邊三角形外接圓各種有趣關係的探究之旅,透過GeoGebra的輔助,經由(1)觀察圖形及數據形成猜想(2)幾何論證猜想為真的探究歷程。 我們首先探討兩共邊三角形外接圓的圓心位置、半徑、半徑和及連心線的關係,發現並證明出等腰三角形中圓心位置具特殊性、兩外接圓半徑和R1+R2與連心線─O1O2的長度都跟動點D的x坐標呈現函數關係且圖形為雙曲線的一支;據此討論出兩外接圓面積和與原三角形外接圓面積關係,同時發現∆AO1O2~∆ABC且AO1OO2四點共圓。在研究連心線時也發現,當動點D移動時,─O1O2的中點形成一條直線;每條連心線皆與以頂點A為焦點,(BC) ⃡為準線的拋物線相切。最後得出若任意∆ABC的頂點A到─BC的距離相等,連心線─O1O2所包絡出的拋物線皆全等。

利用qRT-PCR探討塑膠微粒對中華擬同型蚤生長和生殖機制的影響

隨著科技的進步,塑膠產品逐漸在全球遍布,甚至造成許多的環境汙染,其中看似消失的塑膠,其實已被分解為非肉眼可見的塑膠微粒,並且正在影響整個生態,並且在最底層的生物體內累積,透過生物放大作用不停的向生物鏈頂層增加。 探討塑膠微粒與中華擬同型蚤生長和生殖機制的影響。延伸對生殖機制、內分泌系統的影響,產生冬卵的特性,以及與體長、生長抑制、延後抱卵的關係。期望可以透過研究成果類推至生態系中的其他生物,例如魚類、鳥類和人類,進而發展成生物鏈之累積和影響。

兩種酵母菌對毛氈苔消化行為之影響

從實驗中得知毛氈苔可以消化分解酵母菌。同時酵母菌依據能忍受不同糖濃度的環境,又可細分為高糖酵母與低糖酵母。而高糖酵母與低糖酵母於細胞壁有結構上的差異〔1〕,因此毛氈苔在消化高糖與低糖酵母菌時出現不同的捕蟲行為。

探討圓及橢圓上的格子點個數之連乘積表達式

在坐標平面上, 坐標均為整數的點稱為格子點,在這篇作品中,主要探討圓及橢圓x^2+sy^2=m上的格子點個數,並且此個數以連乘積表達式呈現,其中s為黑格納數,此時虛二次體Q[√(-s)]的整數環為唯一分解整環(簡稱UFD),由此性質可得到虛二次體的整數環中任一元素的分解有唯一表示法。 首先探討質數p在虛二次體Q[√(-s)]的整數環中的分解性,是根據分解性分成四類,再由四類決定m的不可約元分解,進一步推導出x+y√s i,x-y√s i可能的唯一表示法,再由唯一表示法來計數圓及橢圓上的格子點個數。

有感而發-結合感測器與自動控制之自駕車煞車系統評估

自駕車的相關研發日益受到重視,尤其在複雜的交通運輸中提供更安全、更有效的防護是自駕車的發展重點之一。本次研究主要探究不同距離感測器與不同PID自動控制組合,針對靜物與移動障礙物進行煞車成效分析。研究結果顯示不同的距離感測器的精準度與穩定性不同,在固定障礙物狀態下雷射距離感測器因為精準度和穩定度較高,而超音波較容易受到外界干擾,所以比較不精準。由於超音波距離感測器的偵測範圍廣,所以可以事先偵測到移動障礙物,反而提供自動控制較多的反應時間,在加速度的表現上較為穩定.自動控制表現上P控制的情況下機器人常常卡在最後一點點的距離,不過超音波感測器因為會有點誤差,所以反而會比雷射感測器快停下來;PI控制因為可以消除穩態誤差,所以時間消耗都是最短的;PD控制原本的功用應該是快速修正,由於D控制的增益常數(gain)過大,影響D控制作用,因此PD控制的效果沒有特別突出的部分。