全國中小學科展

2015年

基於貝氏定理的影像透明度分析與效能評估

影像擷取是進行影像處理中最常用的技巧之一,但是要將有毛髮的影像進行背景去除較不容易,影像處理軟體的操作方法也頗為繁複,因此,提升毛髮邊框的背景去除效果及簡化其操作方法十分重要。本研究以貝氏定理為基礎,透過機率計算估計原合成影像中前景和背景的透明度與顏色值,嘗試使之與原圖數值差距最小,藉此估計影像未知區域的透明度,使邊框附近的細節能清楚呈現。後續嘗試利用權重的概念,提高邊框毛髮處理的效果,並透過修改演算法,提高演算效率。本研究技術未來可能可應用於電視電影等影視工業,或廣泛運用於繪圖排版軟體、圖文書中,讓使用者得到更好的影像擷取效果。

探討線蟲異質核醣核酸結合蛋白hnRNP Q/R 同源分子HRP-2是否影響微小核醣核酸 let-7調控目標基因之功能

微小核糖核酸是一種由約22個核苷酸所組成的RNA分子,可與目標訊息核醣核酸3端不轉錄區域(3’UTR)配對引發基因沉默而負向調控基因表現。在線蟲中,let-7微小核糖核酸調控目標基因lin-41,進而控制發育事件如生殖孔的形成及體側皮下組織接縫細胞(lateral hypodermal seam cells)的分裂與分化。let-7(n2853) 溫度敏感低效能突變導致在非容許溫度(non-permissive)下所生長成蟲的生殖孔爆裂,也會導致接縫細胞最終分化(terminal differentiation) 的延遲,而使得接縫細胞在成蟲時重複分裂(reiterated proliferation)。我們先前已經發現,利用核醣核酸干擾技術(RNA interference, RNAi)方式去降低異質核醣核酸結合蛋白基因hrp-2 的表現可以抑制let-7(n2853)突變種生殖孔爆裂的性狀。而在本篇研究中,我們發現降低hrp-2表現也可以抑制let-7(n2853)突變種接縫細胞在成蟲時期重複分裂的性狀。此外,此抑制效果可經由去除掉微小核醣核酸沉默複合體的核心重要功能蛋白ALG-1而消除。另一方面,我們發現降低hrp-2表現也可以抑制let-7的旁系同源微小核糖核酸miR-84目標基因let-60 功能性增加突變(gain-of-function mutation)所導致的多重生殖孔性狀。這些證據顯示降低hrp-2表現可能增強了let-7及miR-84分別對於目標基因 lin-41與let-60的調控。先前研究已顯示HRP-2蛋白可結合到訊息核醣核酸介入子(intron)並調控其另類剪接(alternative splicing),我們的研究結果則顯示HRP-2可能也參與在訊息核醣核酸受微小核糖核酸所調控的機制之中。

超高疏水表面水珠碰撞之探討

本研究中探討的是,超高疏水表面上微小水珠結合後並發生向上彈跳的物理現象。此現象近年來被視為能夠應用在眾多領域上,包括增加導熱效率、anti-icing surface等等。本研究從實驗和數值模擬的層面對此現象進行研究,探討水珠在結合中的的表面能的振盪行為以及結合過程中受到的作用力,並提出了一套力學振盪模型來解釋水珠的複雜運動,並且將利用模型討論的結果與模擬結果比較。 在模型驗證之中,我將建立模型中使用的假設給予理論上的誤差,並從兩種觀點進行和實驗數據比較,其中以受力觀點討論水珠碰撞,我所建立的模型誤差在2%以內。最後,對於水珠碰撞在增加導熱效率的應用,我以實驗結果推論並提出了在未來實際應用時應注意的細節。

「霍」「利」倍蓰-探討霍特林模型與低級中地:便利商店之發展

在中地理論均質平面、均質人口密度的假設下,加入區域經濟學Hotelling模型(1929)分析降價與品質效益策略,得知當中地追求品質效益,所獲得的最大收益會大於使用降價策略的最大值。也就是說,追求品質效益的經營策略應是優於降價策略。 在台灣是所有便利商店龍頭的7-Eleven便是一個很好的例子。多數人都覺得7-Eleven的設點條件優於其他便利商店,但事實上真是如此嗎? 以大安區為例,根據本研究所假定的三個問題皆為否,得知7-Eleven設點條件較不優於別人,卻比其他超商擁有更多消費者,便符合低級中地在品質效益模型的發展,表示提升品牌的品質,便能擴大可服務範圍。因此品質效益應是商店致力追求的目標。

Experimental Study on Pendulum and Self-designed Multi-layer-tank Water Damper for Mitigation of Structural Response

設計震動台和可調單擺模擬101大樓和調諧質量阻尼器的振動模式;並設計多層容器盛水與單擺比較,探討水深/容器長(Depth Ratio)、振幅、質量對減振效應的影響。實驗使用「振動參數」(週期、衰減係數、時間)量化減振效應。當單擺與震動台週期相近時,減振效應較佳。調整Depth Ratio使水自然擺盪週期(Tn)接近震動台週期(TV)(PR = Tn / TV≒1),易產生碎波,造成系統能量消散,減振效應顯著。震動台振幅越大,碎波發生可能性越高,減振效應越佳。當PR≒1,水質量變化對減振效應影響不顯著;若PR≠1,水質量越小,減振效應越差。實驗證實多層容器盛水的液體阻尼器可有效減振且效果優於單擺。

鉛直奈米皂膜之厚度變化

當皂膜鉛直立起後,其表面會因反射光形成干涉,利用反射光的干涉圖案可推知皂膜厚度。皂膜經單色光反射產生干涉圖案的數位相片,藉由Image J 自由軟體可分析出不同位置之光強分布,可回推對應之皂膜厚度。結果發現鉛直皂膜的側向結構具有3種類型的分布,造成這3種不同幾何結構分佈的微觀機制是因為皂膜中的微胞分布不同。 本作品將鉛直皂膜施以鉛直方向之外加電場,發現皂膜中的陽離子受到電力帶動周遭的液體運動,形成所謂的電滲透現象,電滲透可用來增厚皂膜。此種利用電場控制皂膜厚度的方法可以設計出奈米流體二極體,是一個嶄新的研究領域。

抑制Hippo途徑做為體外擴增受接觸性抑制之人類角膜內皮細胞以用於移植之方法

探討經由抑制Hippo途徑,誘發受接觸性抑制之人類角膜內皮細胞(HCEC)增生及其機轉之研究。 研究過程 以攜帶YAP基因之質體轉染培養之受接觸性抑制之HCEC,或添加溶血磷脂酸(LPA)後,觀察HCEC之YAP蛋白核轉移、細胞分化及增生。再利用專一性激酶抑制劑探討可能之訊息途徑。 研究結果 轉染之YAP能顯著誘發HCEC細胞增生,同時保有其功能。LPA能誘發HCEC的YAP蛋白核轉移,進而增進HCEC細胞增生。而PI3K與ROCK抑制劑能顯著抑制HCEC的YAP蛋白核轉移及細胞增生。 結論 LPA能誘發YAP蛋白核轉移與受接觸性抑制之HCEC細胞增生,此現象應與PI3K及ROCK途徑之活化有關。 應用 此研究提供了一種創新的誘發細胞增生策略以用於移植或細胞療法。

快速節能新方法-震盪微波COD Concuss and Microwave COD-a Novel, Energy-saving and Efficient Approach

本研究改良傳統密閉式迴流法耗時、耗能、耗材的缺點,利用自製簡易微型微波迴流裝置,開發具有六大優點之震盪微波法。此檢測方法可一次進行多項實驗,不僅操作方便〈只需一人操作〉,快速〈傳統密閉式迴流法需2小時,震盪微波法只需震盪20分鐘、微波1分鐘〉,省能〈傳統法需耗電1.396度,震盪微波法只需耗電0.0067度〉,低汙染〈傳統法所需之重鉻酸鉀為10ml,震盪微波法只需5ml〉,且最經濟實惠〈傳統法需耗費2.932元,震盪微波法只需約0.014元〉。除此之外,此項裝置可適用於一般家用微波爐,不必在微波爐上打洞,利用極性分子吸收微波的特性,使系統具有選擇性,讓冷卻用的乾冰能夠重複使用。總而言之,此一裝置簡易方便,可做為及時檢測COD值之簡單裝置。

MafF對LRH-1調控代謝機制之探討

已知 liver receptor homolog-1(LRH-1)掌控著多種生理功能,在肝臟代謝中扮演著相當重要的角色,我們利用酵母菌雙雜交技術(Yeast two-hybrid)找出數種可能跟LRH-1產生交互作用的蛋白質,並從其中選擇v-maf avian musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog F (MafF)作為主要研究對象,探討其與LRH-1之間的作用對代謝造成的影響。本研究中,我們利用免疫沉澱法證實MafF可與LRH-1形成複合體,而MafF並不影響LRH-1蛋白的表現量。隨後以啟動子活性檢測MafF-LRH-1複合體在細胞內之功能,發現MafF能促進由LRH-1所調控的small heterodimer partner (SHP)、glucokinase IV (Gck)及side chain cleavage enzyme (SCC)等代謝相關啟動子之活性。此外我們以GST-pull down發現MafF與LRH-1結合區域位於LRH-1的DNA 鍵結位(DBD)。LRH-1則是僅與具有完整basic region (BR)以及leucine zipper (LZ) 兩個domain的MafF產生交互作用,單獨的BR以及LZ無法與LRH-1結合。另外,在肝臟細胞株HepG2中過度表現Myc-MafF,Western blot結果發現GCK有減少的趨勢,SHP則是有增加的現象,而LRH-1亦呈現增多的趨勢。Real-time PCR結果,比對Myc以及Myc-MafF,發現MafF存在時會使LRH-1以及GCK mRNA含量較控制組Myc有減少的趨勢,對SHP mRNA 則是沒有顯著影響。此外,我們在肝臟細胞株HepG2中加入胰島素,發現二者表現量皆有明顯的增加,說明胰島素刺激之下,MafF以及LRH-1蛋白質增加能夠增強肝臟能量代謝。

太陽軌跡在車輛儲能之創新研究

本研究探討太陽軌跡在車輛儲能之創新應用,使得太陽電池以簡單的方法得到最大的吸收能量。首先,利用Stellarium免費天文軟體,完成一個太陽電池最佳方位角與仰角的計算公式,基於光學與鏡面反射原理之瞭解,提出全新的鏡面最佳轉角定理,使鏡面反射之轉角得以迅速精確計算。本文引入GPS衛星定位功能,將這個太陽電池能量追蹤方法,由靜態的的地面應用,推展到動態的車輛應用。最後,由本實驗結果顯示,利用本文提出的創新研究,與單純平放太陽電池之儲能作法比較,若將反射鏡或者太陽電池隨時對準最佳方位角與仰角,可以獲得多出20 %〜52 % 的免費能量!