全國中小學科展

四等獎

探討護木漆塗層對於抑制金屬升溫之影響

本研究探討將護木漆塗在不鏽鋼及鋁片上對於熱輻射吸收及降溫效果的影響,從實驗結果中可以看到塗上護木漆後的不鏽鋼樣品在可見光範圍的吸收雖增加 29.7W/m²,但在 8µm~12µm紅外光範圍的熱輻射增加 38.2W/m²,約增加 11.2倍,而鋁片樣品在可見光範圍的吸收減少 1W/m²,紅外光範圍的熱輻射則增加 38.6W/m²,約增加 25.9倍,故護木漆能有效增加熱輻射效率,減少能量吸收,而本研究亦證實樣品的輻射冷卻效 能,在晴天時樣品溫度最多可降低 3.4度及 2.7度,故此種方法能有效抑制升溫,並希望未來能應用於建築及儲油槽外壁上,以減少冷氣使用及火災發生頻率。

YKT6與癌纖維母細胞的「泌」密關係

本研究以人類肺癌A549細胞株和纖維母細胞模擬體內腫瘤微環境,挖掘纖維母細胞如何促進癌細胞的生長。從病人的正常和癌組織提取癌相關纖維母細胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs) 和 正常纖維母細胞(Normal Fibroblasts, NFs),經過基因序列一對對作分析,開發新的治療策略和潛在的靶點。利用核糖核酸定序(RNA-Seq)分析發現CAFs會比NFs分泌更多SNARE 蛋白 YKT6,而更深入地探究獲悉YKT6會透過活化YKT6+CAFs途徑促進肺癌A549細胞惡化,此惡化過程包括誘導及提升癌細胞的生殖(proliferation),轉移(migration)和入侵(invasion)能力。 此外,在 CAFs 中敲除 YKT6基因,減弱CAFs 的外泌體(exosome)釋放,從而調節了其對肺癌細胞A549的腫瘤促進作用。本研究發現靶向YKT6並抑制外泌體分泌,從而降低CAFs對肺腺癌細胞的腫瘤支援功能可以為肺癌治療提供一種新的策略。

以數據驅動方式探究類星體於可見光與無線電光譜之性質關聯

通過 LOFAR望遠鏡與斯隆數位巡天計畫之資料釋出,我們得以在大量、清晰的資料庫中發掘許多天體的特殊性質。本研究結合兩個大型研究計劃的無線電波源目錄與類星體光學目錄,分析 LOFAR-detected類星體在可見光觀測上與其他類星體的光譜性質差異,利用決策樹與相關的集成學習模型建立對於缺乏無線電紀錄之類星體的光學資料分類模型,並期望在未來驗證學界目前對於類星體產生無線電原理的各種假說。

石墨烯-銀異質結構的優化與功能開發 The Optimization and Development of Graphene/Ag-doped heterostructure

從家用微波爐到3C產品,皆有微波電磁干擾 (Microwave Electromagnetic Interference, MWEMI)的防蔽設計需求。依據2020年科展競賽作品中的薄層微量雙金屬催化技術可製得 Graphene/Ag-doped異質結構,但該作品未曾研究此材料的防蔽 EMI 能力。本研究優化此技術,成功將銀奈米結構沉積在石墨烯的缺陷及晶界邊緣,相關技術與實驗參數(化學氣相沉積法的加熱溫度、時長和通氣量)已發表於2023年科展競賽作品。本研究進階發現 Graphene/Ag-doped異質結構具高透明度和屏蔽 MWEMI 的能力,單層膜可屏蔽60%之 MWEMI,效能優於文獻上記載的2~3層石墨烯。而依據2023年文獻說明單層奈米碳管 (MWCNTs)異質結構經氟化處理後,可大幅提升 MWEMI 屏蔽效能,因此我們也將 Graphene/Ag-doped材料經由四氟化碳電漿處理,氟化後的屏蔽效能又比單層石墨烯-銀高出15倍,可遮蔽高達99.9%的 MWEMI。

AI時光機-利用照片轉換技術重溫在地歷史

目前網路上流傳許多使用人工智慧修復照片的網站或應用軟體。然而,由於這些訓練資料多數來自國外,導致修復中式建築照片的效果欠佳。此外,許多老舊照片因氧化、潮濕而泛黃,使得修復程序比起修復純黑白相片更加困難。因此,本研究旨在建🖂一個專門修復中式建築物的機器學習模型,主要分為以下三個部分:首先,使用機器學習模型對老舊照片進行修復,包括著色、去模糊化和降噪;其次,分析使用不同比例之有色調照片(模擬泛黃照片)訓練模型的效果;最後,研究不同的修復順序(著色、去模糊化、降噪)和模型執行次數對照片修復效果的影響,發現「著色、去噪、去模糊化」的順序修復效果最佳。此外,許多老舊照片因為受損等原因,只剩下極少的特徵,因此本研究採用機器學習模型,以延伸重建原始照片。透過這種方法,我們能夠重新建構當時建築物周圍可能的場景和情境。

老化相關之組蛋白N端乙醯酶Naa40p於小鼠神經細胞HT-22的功能探討

表觀遺傳學(Epigenetics)是研究行為與環境因子如何對基因表現產生影響, 主要是藉由DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼核醣核酸來影響基因表現, Naa40p (N terminal-alpha-acetyltransferase 40 protein) 也稱為NatD、Patt1或Nat4 是一種組蛋白乙醯轉移酶,修飾組蛋白H2A及H4。在酵母菌的研究中,Naa40p 的缺失可以延長酵母菌的複製壽命(Molina-Serrano D., 2016)。在The Human Protein Altas資料中,可以看出人體中Naa40p在腦部有較高的表現。因此想了解Naa40p在小鼠海馬體神經細胞HT-22中具有什麼樣的功能。 藉由CRISPR基因編輯技術產生Naa40p剔除的突變株,進行細胞功能的檢測,在移動能力相關的傷口癒合測試中,Naa40p剔除的突變株癒合速度明顯快於野生型,期望能藉由更多細胞功能的檢測來更全面地了解Naa40p於神經細胞相關的功能與機制。

以計算化學探討全取代四氫吡咯酮的不對稱合成

本研究探討之四氫吡咯酮作為一種常用的藥物骨架,其已被發現在多種藥理學方面具有應用價值。本研究所探討的反應結合了文獻中的含氮五元環合成方法以及另一篇文獻當中以雙氫鍵予體催化劑進行不對稱催化的原理,並利用計算化學的密度泛函理論對此反應進行熱力學分析。 本研究共分成四個階段,第一個階段為方法學測試,在此階段我們選定了以 ω-B97X-D 與 B3LYP 兩種方法進行後續實驗;第二階段則分析了本研究探討的四氫吡咯酮的各種異構物,並選定後續進行熱力學模擬的異構物;第三階段分析了此反應在不同溶劑下的可行性, 發現使用低介電常數溶劑(如:甲苯)對於反應可行性有正向幫助;最後一個階段則為催化劑改良,並發現到在催化劑的氫鍵予體旁加上拉電子官能基可降低反應活化能。在未來,我們將更進一步改良催化劑,試圖改變催化劑對各式立體異構物的反應可行性。

正本「塑」源-探討河川塑膠微粒

基於對鄉土的關懷,我們選定高屏溪流域,來研究河川中塑膠微粒的尺寸大小和含量,透過光譜來了解塑膠微粒的材質。高屏溪流域是跨高雄及屏東地區最大的河流,我們共分為枯水期及豐水期來採水,比較不同季節之塑膠微粒類別,若以形狀區分:枯水期塑膠纖維最多,豐水期塑膠薄膜最多。若以尺寸區分:枯水期100~500μm的佔最多,豐水期25~100μm的佔最多。若以材質區分,枯水期含量最多分別是PE及PP,豐水期含量最多分別是PE及PET。若從顏色區分,大多是白色及透明為主要顏色。以上實驗結果可供主管機關列為重要監測參考,特別是國內少有研究單位或機構,在進行高屏溪流域塑膠微粒類別、含量之調查與研究,因此本研究重大發現為國內創舉深具意義,可供相關單位後續深究參考之價值性。

連通圖上行走路徑經過邊數期望值之研究

本研究延續自作者前一年的研究「連通圖上行走步數期望值之研究」,原題為在一個六面體中,有一隻螞蟻位於其中一個頂點並沿著邊行走,每當牠走到頂點時就會選擇一條邊繼續行走,且牠前往任何方向之機率皆相同,但不可走回頭路,求螞蟻回到出發點時經過邊數之期望值。本研究將題目延伸出了以下幾個問題,得出結論後並證明。結果如下:Kn (n - complete graph)、任意tree、Cm★Cn、Km★Kn中,螞蟻從其中一點vi出發,第一次走到另一點vj時經過邊數之期望值通式。除了研究不同的圖上點到點經過邊數期望值通式,針對圖論中經常用的距離 (點到點的最短路徑經過邊數) 與點到點的期望長度最大者進行比較,探討在圖上之性質。

使用大型語言模型生成音樂中的故事

本研究旨在探索大型語言模型如何應用於音樂生成故事。研究動機源自音樂作為文化中不可或缺的一部分,但若要以文字精準表達出音樂中的故事情緒尚屬困難,藉由本研究提出的方法可以使故事顧及到音樂的情緒起伏。隨著 AI 的發展,我 們開始看到它們在各領域的應用。這項研究的目的是製作出一個系統能以音樂作為輸入,輸出音樂內的故事,為達成目的,我們結合多個模型。研究使用 PyTorch等工具,並探討文句和音樂的共同表示方法,實現情感匹配。研究結果顯示,音樂和文句情感辨識模型表現不錯,也研發出一個完整的生成流程。目前已有直接生成音樂的模型,也有把音樂統整介紹的模型,卻沒有依據音樂中的情緒生成故事的模型。我們研究就是在解決這個問題,結合到 LLaMA2預訓練模型生成出具情緒浮動的故事,要注意的是 LLaMA2的輸出限制最多只能有 4096個token。我們將此產生過程稱為 MTSPL (Music To Story Procedure with LLaMA)。