全國中小學科展

三等獎

探討組蛋白脫乙醯酶HDAC7對於癌細胞DNA損傷修復機制之影響

DNA損傷導致的基因體不穩定是癌症的共同特徵,而細胞依賴DNA損傷反應 (DDR) 來感知和修復受損的DNA,以維持基因體完整。DDR由DNA損傷傳感信號和修復網絡組成, DDR的活化可阻滯細胞週期並啟動DNA修復,是應對DNA損傷的關鍵步驟。其過程受許多因素調控,包括多種轉譯後修飾如乙醯化、脫乙醯化、小泛素化等。HDAC7是組蛋白脫乙醯酶,該家族成員有多個已被證實參與DDR且在多種癌細胞中常過量表現。最近研究發現HDAC7具小泛素蛋白E3連接酶活性,但相關研究甚少,因此欲探討HDAC7在DDR所扮演的角色。 本研究使用西方墨點法、免疫螢光染色、流式細胞儀分析、細胞存活率測試和細胞群落形成能力實驗,發現以RNAi技術將細胞的HDAC7基因沉默後會降低DNA損傷引起的ATR-Chk1及ATM-Chk2訊號強度,使不能有效率活化檢查點,並對DNA損傷藥物較敏感。由以上結果顯示,HDAC7有潛力做為抗癌藥物研發的新目標。

圖論演算法學習用之繪圖程式

本研究針對學習圖論演算法的需求,設計一套使用者友善的繪圖軟體Graphene。Graphene繪圖程式除了提供高可讀性的繪製結果,作為輔助繪圖的工具外,也可直接輸入競賽題目的文字格式測試資料產生繪圖結果,並結合現有繪圖演算法,改善、優化樹與類樹圖的繪製結果。此外,也加入時間軸、自訂外觀、參數調整、匯出圖片等功能,幫助學習者理解圖論演算法,亦可幫助教師製作教材,有助於圖論演算法教學。 Graphene採用的繪圖演算法以force-directed graph drawing演算法為基礎,實作節點的分布。然而初始的節點分布會影響繪圖結果,因此我們利用biconnected component、block-cut tree等圖論結構對圖的繪製進行優化。首先找出圖的biconnected component及關節點,重新定義block-cut tree裡的block,接著利用radial tree的布局方式配置每個block,再套用force-directed graph drawing演算法,得到最後的布局結果。如此可以減少不同block之間的交錯,得到較佳的結果。

Reduction of traffic congestion in España Boulevard using graph theory

There have been numerous studies exploring the applications of graph theory in traffic management, often finding ways to reduce traffic congestion and make traveling more efficient. Such studies will be beneficial when applied to heavily congested areas such as España Boulevard, one of the busiest thoroughfares in Manila. This paper aimed tooptimize the road map of España Boulevard using graph theory. The current road map of España Boulevard was represented as a directed graphand subjected to the mutation method of edge removal, wherein an edge isremoved in each mutation based on a computed fitness function, F(G),which depicts better efficiency at lower values. Edges were removed until the graph got disconnected, which was tested using the Floyd-Warshall algorithm. The 28th mutation resulted in a minimum F(G) value of 144.4; this is a 50.18% decrease from the F(G) of the original graph, which is 290. After the 28th mutation, the removals resulted in an increase in the F(G). As a result, the final mutation resulted in an F(G) of 311.89, which characterized a less efficient graph. This study was able to apply graph theory concepts to optimize the España Boulevard road map using the mutation method, minimizing its F(G) by at most 50.18%. For future studies, the practicality of the alternate road map may be tested in simulations to examine its efficiency when other factors, such as traffic volume, are introduced.

蘭陽溪口溼地以及五十二甲溼地水質分析與比較

本研究區域為蘭陽溪口溼地與五十二甲溼地,各選擇5和6個採樣點,檢測水體中的溶氧度、pH值、導電度、總固體溶解量(TDS)、水溫以及濁度並記錄當時氣溫。 在蘭陽溪口溼地中我們發現越靠近出海口,導電度、TDS越高。採樣點4濁度為最高,猜想可能與位置有關。五十二甲溼地中則以採樣點6的導電度、TDS為最高,濁度、pH值及溶氧量則是採樣點3最高。我們還藉由五十二甲濕地分區使用圖,比較人為因素對水質的影響。採樣點3為遊客休憩區,測得的濁度、pH值皆較高,採樣點6為生態區,測值相對較小,推測人為因素與水質有關聯。最後,在10月10日的數據中,發現蘭陽溪口溼地的導電度特別高,推測潮汐現象為可能造成此現象的因素,也是未來研究的方向。

即時步態時空特性偵測的創新設計及其早期失能篩檢應用

預防醫學與健康管理是高齡社會的重要課題,生理或認知能力的退化皆會展現在步態變化上。本研究將利用步態參數的量測分析,以篩檢初期的老化。傳統的步態分析系統多為實驗室評估用,且需專人操作。為了可大量臨床與居家自行使用,本研究開發可攜式系統,搭配助步車硬體,利用(1)力敏電阻做成鞋墊型的足底開關,(2)加裝在鞋上之ToF測距模組,量測左右兩腳跨步的時空參數,並完成即時步態分析。本系統精簡且方便,可攜性佳而且不受環境光源干擾與誤測旁人。穿上鞋子走幾公尺即可得知使用者的步態特性。本研究發現透過受測者「空間不對稱步伐之自動恢復時間對稱」指標,應可用於初期老化篩檢。目前將邀請更多人使用本系統進行即時步態時空特性偵測,收集更多數據建立初老指標,促進預防醫學與優化健康管理。

廢油回收新解方-探討廢油再製燃料

本研究討論以酒精、沙拉油、飽和醋酸鈣溶液,尋找最佳酒精凝膠的穩定度,增加凝膠穩定度方法:(1)密閉系統,(2)飽和醋酸鈣溶液:酒精以1:5的比例,(3)添加沙拉油時,穩定度會下降,但添加使用過的廢油時,穩定度會增加。 沙拉油或回收廢油皆無法直接點燃做為燃料,但若溶入酒精凝膠中,則可製成再生固體燃料,本研究結論:回收廢油10克、酒精10 mL、飽和醋酸鈣溶液2 mL,於室溫經簡單混合,就可製得燃燒效能與市售酒精塊相仿、大於200 cal/ g的自製固體燃料;若是成分較簡單的回收廢油,除酒精及飽和醋酸溶液,若再添加適量硬脂酸亦可製得固體燃料。本研究讓「回收廢油」產生新的再利用的機會,對環境、綠能有所貢獻。

纖維素內切酶GsCelA自我斷裂之探討

生質能源製程中,常將植物細胞壁中的纖維素進行水解,此反應在高溫環境中進行較具商業優勢,故開發耐高溫的纖維素酶具重要性。發現自嗜熱菌Geobacillus sp. 70PC53的纖維素內切酶GsCelA 在高溫中具高活性。初步研究發現 GsCelA 蛋白質序列 N 端後第 315 和第 316 個胺基酸間會發生自我斷裂現象,導致酵素活性及熱穩定性提升。本實驗在 GsCelA 的 N 端及 C 端分別製造定點突變,探討 GsCelA 自我斷裂性質。實驗結果顯示突變GsCelA 自我斷裂速率較低,而 EDTA 可抑制自我斷裂現象;已斷裂 GsCelA 可催化自我斷裂發生,而 N 端突變之已斷裂 GsCelA 不具此性質。整體實驗結果顯示GsCelA 自我斷裂受已斷裂GsCelA 催化且為一正回饋機制,並且本次的N端突變區段在催化GsCelA自我斷裂作用上是必要的。

改良型非整數次方PID控制器設計

傳統控制器都以一次方線性模式調整系統的比例、積分、微分等三參數減少誤差。為發展更佳誤差控制模式, 本研究嘗試加入誤差變數的次方運算。我們先以程式模擬一受固定阻力的線性系統,測試誤差變數次方的可行性,利用倒立擺系統進行模擬,並使倒立擺追蹤正弦波,以印證次方模式的控制效果。 經程式模擬後,我們認為不論目標值的大小,修改誤差參數的次方模式皆可使系統響應更快,控制效果更好。後續將利用倒立擺實測確認調整誤差次方可行性,並調整倒立擺的質量分布來模擬不同情況。相較於傳統的PID控制器,本研究拓增比例參數次方,建立PID三參數的次方模式,確認具更佳控制效果的可能性。希望未來可持續強化模式,將同步PID各參數次方模式,實際應用在機器手臂、溫度控制、建築防震等工程與工業。

隱密的發育調節中樞-植物轉錄因子BPC對發育之調控機制 A cryptic hub for development control: Unraveling the regulatory role of plant transcription factor class I BASIC PENTACYSTEINEs in Arabidopsis development

GAGA 序列為生物發育重要順式作用子; BPC (BASIC PENTACYSTEINE) 則為植物特有 GAGA 結合蛋白。已知 bpc 突變體具多效性,其生理時鐘相關之發育有多重缺陷。阿拉伯芥BPC家族中 BPC1, BPC2, BPC3 為第一亞群,且 BPC 群間和群內有重疊與拮抗作用。為探究第一群 BPC 是否調控生理時鐘,本實驗以 3D 影像觀察 bpc1 bpc2、bpc1 bpc2 bpc3 及野生型之晝夜運動,並誘導 BPC 過量表現以檢測時鐘基因反應,發現 bpc 突變體之晝夜運動與時鐘節律皆有缺陷,顯示 BPC 能影響生理時鐘運行。透過一系列對第一群 BPC 突變體與過量表現植株的 RT-qPCR 檢測,可歸結第一群 BPC 是能調控生理時鐘與葉片生長的中心。

提升戶外物件辨識模型表現之研究

近年來由於電腦視覺的蓬勃發展,物件辨識模型被廣泛運用在生活中,例如自動駕駛、醫療影像、農作物檢測等等。對於要在戶外運作的模型,由於檢測物體的背景會隨著時間、地點、季節、光照強弱等因素不斷改變,通常需要大量且多元的資料才能避免模型過擬和,然而取得多元的資料需要花費大量的人力與時間在收集以及為這些新資料標籤。 本研究利用影像風格轉換模型作為資料增強的方法,將於晴天拍攝的街景圖轉成夜晚及雨天,使原本只有晴天的資料集有更多元的資料。結果證實使用風格轉換模型生成的影像訓練的物件辨識模型的準確率在某些情況下有顯著的提升。此方法的優點在於能夠快速產生多樣風格的資料,由於是對影像的風格做轉換,影像的內容沒有改變,因此能夠沿用原有的標籤,同時節省了蒐集及為新影像標籤的人力及時間。