全國中小學科展

四等獎

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。

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。

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。

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。

研發奈米材料快速降解水中偶氮染料及其自動化循環系統

本研究為開發可適用於染整廠去除有機偶氮染料使用的自動化淨水設備,於設計設備前先探討奈米零價鐵(NZVI)去除化學染料效率,並針對不同操縱變因進行實驗,了解其化學反應性質。 在淨水設備的設計上,運用區域網路間Webduino Smart開發板、行動裝置、Webduino Blockly進行串聯,進行手動同步操作或自動化控制,使染整廠不僅降低人事成本及環境負擔,也避免染料外洩產生不可逆的環境嚴重汙染,同時節省染整過程使用的水資源。 操作部分選用Webduino Blockly來直接操控Webduino,使設備能在短時間內作動,避免第三方平台問題,也可提升設備的適地性。為了使染整廠能夠以最低成本達到類實驗室環境來處理廢水,特將模組與超音波清洗機調整成物聯網模式,以公式將光照度轉換為染料濃度,進而控制NZVI投加量並上傳雲端資料留存;超音波清洗機用以模擬超音波震盪機,使NZVI投加前均勻分散,發揮最佳降解效果。 本研究亦切合聯合國17項永續發展目標(SDGs)第六項:清潔飲水及衛生設施、第十二項:確保永續消費和生產模式。

Development of UV-Protection Roofing Tile from Nitrogen-doped Graphene Quantum Dots (N-GQDs) for Rubber Drying Chambers

Improved methods of processing latex into rubber sheets will improve the incomes of small rubber producers. There are two ways in which latex can be processed into rubber sheets: fumigation and solar incubation. The fumigation method is expensive and produces pollution, but solar incubation can cause dark, sticky rubber sheets due to UV radiation, which reduces their value. A low-cost and environmentally-friendly solution to this problem was investigated here. A UV-protective roofing panel made using Nitrogen-doped Graphene Quantum Dots (NGQDs) was developed and tested. N-GQDs were made using the hydrothermal process for 2 and 4 hours (T2 and T4) and the solvothermal process for 4, 6, and 8 hours (TS4, TS6, and TS8). It was found that all types of N-GQDs absorbed light in the UV range, withT4 showing the greatest absorption. T4 had the greatest Fluorescent Intensity (FL) value, emitting blue light, while for the solvothermal method TS6 had the highest FL value, emitting red light. T4 and TS6 were chosen for further testing, and were applied to a clear roofing tile. After installing the roof on the chamber, the temperature inside was higher than outside. Then we measure the UV protection efficiency of the roof which was 93.27%. The average temperature was 45℃, which is the temperature for drying rubber sheets. Due to the roof’s capability to absorb UV radiation and heat the chamber, our N-GQDs roof has a great ability to produce higher-quality rubber sheets.

選擇相對論-研究零元效應與需求強度關係

「零元效應」所指的是消費者面對同類性質之高低價兩商品,當低價商品從原價降至零元,而高價商品同時等量降價時,消費者對低價商品之偏好將顯著增加,並且因確定性效應、損失規避及稟賦效應造成。研究目的驗證零元效應的強度與成因,設計實驗零元效應於不同消費領域、族群是否皆成立;設計兩種商品,A為高品質高價位,B為低品質低價位,兩種定價情況,定價情況1,A商品為A元,B商品為B元,定價情況2,A商品為A-B元,B商品為B-B元(零元)。實驗結果使用Wilcoxon 等級和檢定,以需求光譜進行分析,並與 Dan Ariely (2007) 實驗結果進行比較,發現其差異不大;結果發現受試者身分不影響零元效應存在,除「必需品」外,其他品項皆存在零元效應,並且發現零元效應的強度受需求強度影響,若需求越強,零元效應將越弱。需求遂受試者環境影響改變,故不同國家將有不同結果。

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。

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。

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。