全國中小學科展

三等獎

利用適合體金奈米棒修飾氧化石墨烯於癌細胞檢測

本實驗主要開發出快速簡單的癌細胞檢測系統。利用氧化石墨烯(graphene oxide, GO )搭配修飾上適合體(aptamer)的金奈米棒(gold nanorods, Au NRs),藉由適合體對於癌細胞的專一性鍵結,可以使石墨烯氧化物/適合體-金奈米棒(GO/apt-Au NRs)鍵結到癌細胞表面,由於金奈米棒本身具有很強的散射光,因而可以直接於暗場顯微鏡下,以肉眼觀察及辨認癌細胞。此方法具有快速、簡單、便宜和選擇性佳等優點,且搭配上不同的適合體,即可以選擇性偵測不同細胞,因此未來期望能夠開發為可市售的癌症檢測套組。

以分析層級程序法探討公有出租住宅租屋需求─以台北市為例

本研究旨在探討租屋者對於租屋影響因素的優先順序及分析影響租屋者期望公有出租住宅面積及租金的主要因素。 研究對象為台北市20至45歲的租屋族群,以網路問卷的方式,利用分析層級程序法獲得租屋者租屋考量前三順序為「租金水準」、「生活機能」及「交通便利」。此外,就租屋對象考量,本研究以家庭月收入、年齡及家庭生命週期區分不同租屋族群,以變異數進行資料量化分析,研究結果指出影響租屋者選擇公有出租住宅的主要因素,有面積大小及租金水準及家庭人數。 近年來,公有出租住宅議題受到熱烈的討論。我們期望本研究成果,能作為台北市政府訂定公共住宅政策之參考,以制定最適切的租屋政策。

跳線減距問題探討

線段上距離最遠兩點的距離,稱為此圖形的直徑。如果將線段上某兩點用一條跳線連接起來,使得行走路徑能經由跳線快速移動到另一點,以縮短這個線段的直徑。則跳線要加在哪裡,才能使直徑變得最短?會變成多少?將線段想像成一條可彎曲的繩子,假設跳線將兩跳點的距離縮短為0,就好像把繩子上的兩個點「黏」起來,變成一個黏合圖形。藉由黏合圖形,我們研究跳線設置的最佳位置(能讓直徑變的最短)以及最短直徑,得出在線段上加1條、2條和3條跳線時,最短直徑分別為1/2、1/3和1/4,在線段上加k條跳線、黏合圖形中一個和二個節點時,最短直徑皆為1/(k+1)。

格子點上選擇位置之性質研究

本文從一個現象開始:一群陌生人在坐一排座位時常不與他人鄰座,對此現象建立了一對數學模型探討。我們主要研究一維的情況下,能坐下的人數、以及若第一個人策略性的選擇,其至多能坐下的人數及策略、和隨著椅子數的增加至多能坐下的人數之變化。進一步地,我們將其中一個模型推廣到二維的情況,推導出在正方形的格子點中能坐下的人數。過程中我們先做一些預處理得到遞迴函式,然而常會遇到帶有高斯符號或是分段的遞迴函式,因此我們主要採取的手法是先猜出遞迴式的通式再歸納,或是利用調整法。最後雖然礙於二維以上的一般情況會因沒有規律而導不出完整的結論,但本文中我們做出了一些部分結果,未來也會試圖往更廣的情況突破。

從「圓」「點」出發—過定點的圓內接多邊形之研究

此研究在探討「給定一圓及多個已知點,求作各邊或其延長線上恰含有前述已知點中之一點的圓內接多邊形」之作圖方法及圖形的性質。 研究當中,以反演的幾何變換結合代數方程式並透過遞迴關係,除了找到該問題之解的個數與條件外,並求得有唯一解之點的軌跡方程式,從中發現其軌跡圖形為一圓錐曲線,且隨著給定點在圓外個數的奇偶性,會有或為橢圓或為雙曲線之不同的圖形變化。同時也發現給定點本身使得滿足條件的圓內接多邊形存在之個數將決定該軌跡圖形與給定圓間之切點個數等的有趣性質。

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。

台灣西南平原表面波現象探討

台灣西南平原的測站紀錄中時常會出現明顯的短周期表面波,此類型表面波常常是因為震波在沖積層共振而產生。本研究利用表面波的低頻、長持續時間的特徵,量化分析2016年美濃地震、2010年甲仙地震與2012年霧台地震中發育的短週期表面波,並與相關圖資套疊,找出與場址特性的關聯。 本研究分析後發現,此三地震皆在西南平原發育出表面波,又以台南七股地區發育得最完整,討論後認為這與此區的地質構造與沖積層厚度有關。量化分析中,時頻圖與頻譜得到的主頻由東到西遞減,與表面波發育情形有近似的分布,持續時間則不明顯,但持續時間的分析因為測站資料不足而有困難,這部分仍待解決。而套疊圖資的結果中,沖積層等深線圖較能符合量化分析的趨勢,土壤液化潛勢圖則否,經確認後發現這與牽涉表面波的地層深度有關。根據本次研究強地動的結果,是能運用在快速掃描沉積地層,較各站鑽探快速且普及。

身障業者對消費者行為影響之田野實驗

在經濟學文獻中曾有身障消費者受業者歧視的研究,但若業者是身障,消費者行為是否會受到影響?本研究透過田野實驗,探討身障業者在自由市場機制中,是否會受到消費者的差別待遇。研究者於夜市擺攤販賣冷飲,從旁觀察記錄並發放問卷調查。研究結果顯示,消費比例不因業者是否為身障而有明顯差異,而當業者是身障時,消費族群偏向平常較少買飲料且年齡較高。此外,問卷資料也顯示部分消費者會因同情身障業者而消費,但因身障與非身障業者的總體販賣量差異不大,我們因而推論也有部分消費會因業者的身障身分而選擇不消費。總結而言,消費者的消費行為受業者身障的影響。

運用GAN實現字體風格轉換

本研究以實作字體風格轉換的生成對抗網路模型為動機,將Conditional GAN當作模型的基礎,探討pix2pix模型及其他研究的一些方法對模型會產生甚麼影響,以得出能最優化預測成效的深度學習模型。 首先進行的是前處理的步驟,將字體的truetype檔案轉換成模型輸入的jpeg檔,再以生成器(Generator)和判別器(Discriminator)建立Condional GAN的基礎模型,然後探討加入U-Net、Category Embedding等方法,以及訓練資料集大小對模型造成的影響,最後實作整合的pix2pix模型和CycleGAN模型進行比較。 經過實驗後發現,U-Net和Category Embedding都對模型的預測成果有所幫助。另外,對相似的字體而言,pix2pix的效果較好,而對兩種風格差異較大的字體則需用Category Embedding的方式,融入更多字體進行訓練以達到更好的成效。

Fabrication and Characterization of Biological Electrospinning Nanofiber Scaffold Based on Cellulose Diacetate-Gelatin-Green Tea for Tissue Engineering Applications

Tissue engineering has developed novel therapies such as many types of wound dressings, bio-pads, scaffolds and bandages, in order to reduce the effects of deep and extensive skin wounds. Here, we have produced an electrospun nanofiber scaffold, based on biodegradable materials such as gelatin (as a natural and hydrophilic polymer) and cellulose diacetate (with optimal biodegradability), in order to increase wound healing using nanotechnology. We also used green tea extract for its anti-oxidant and anti-bacterial effect, to improve the biological properties of the scaffold. In the fabrication process, two polymer solutions: 1. Gelatin (with acetic acid solvent) and 2. Cellulose Diacetate (with acetone solvent) mixed with green tea extract, were prepared. Then they were spun using a two-nozzle electrospinner to produce a hybrid nanofiber scaffold. SEM images showed enough finesse and uniformity of the produced scaffold to simulate the extracellular matrix. Further, measuring the contact angle of water droplet and the web surface, indicated optimal hydrophilicity of the nanofiber scaffold, which controls the level of scaffold degradability and cell adhesion. Also, the results of antibacterial tests for two bacterial strains (E. coli and S. aureus) showed the antibacterial characteristics of the extract-containing scaffold. In addition to previous tests, evaluation of fibroblast morphology on the nanofiber scaffolds, indicated appropriate cell adhesion and expansion, that confirms the biocompatibility of this produced scaffold.