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三等獎

液滴懸浮於移動表面現象之探討

液體無固定形狀且往下流。我們偶然得知液滴能在移動表面上維持球型並懸浮數分鐘[1],故設計實驗探討物理機制。設計出能高速旋轉且維持穩定的滾筒,是首要克服的關鍵;而為了解液滴轉動行為,我們學會操作粒子圖像測速法。此研究控制參數包括滾筒轉速、液滴半徑及種類,除了指出過去文獻未討論的重要細節,並嘗試建立解釋此運動行為的物理模型及推導方程式,得到簡單的解析解和物理圖像。 實驗上,相較在靜止液面只懸浮0.27秒,矽油滴在穩定移動表面可懸浮數分鐘,此可用文獻[2, 3]中的「空氣墊現象」解釋。移動表面上穩定懸浮的液滴,傾斜角θ與滾筒切線速度v及液滴半徑r的-2次方呈正比,實驗數據與我們的預測皆相符。液體種類影響懸浮的最低轉速,液滴受的交互作用力也因液體種類而異。未來將分析液滴晃動程度、可保持懸浮的速度區間與液滴半徑之關係。

UVB induced TRPV1 and TRPA1 expression in skin keratinocyte and dorsal root ganglion cells: a plausible cause of warm and pain by sunlight irradiation

陽光晒到皮膚,人體會感覺到刺痛以避免過強紫外線的曝露。但皮膚為何會有刺痛的感覺呢?過去對光的生體受器著重於眼睛錐及桿狀細胞(Opsin 1/2),但它們在背根神經元 (DRG,周邊神經末端主體細胞)的表現並不多。TRP channels表現在皮膚及神經。TRPV1是一種痛覺受器,活化時會有鈣離子通透,Dr. Julius因它得到2021諾貝爾獎。TRPV1/A1可受溫度、酸度等活化,但DRG細胞表現的TRPV1/A1,是否會因紫外線(UVB)照射而影響,並導致鈣通透,目前並不清楚。我以不同強度UVB照射人類角質細胞或大鼠DRG,以螢光顯微鏡及流氏細胞儀測量TRPV1/A1蛋白質表現,以實時影像來作動態鈣離子分析。結果顯示UVB在10 mJ/cm2可增加DRG的TPRA1/V1表現,但UVB在5mJ/cm2照射DRG細胞後,只增加TRPA1而不是TPRV1的表現。在皮膚的角質細胞,不管是使用螢光顯微鏡或是流氏細胞儀,UVB在20mj/cm2以上的能量強度會造成角質細胞的毒性,以10mJ/cm2 UVB照射角質細胞,則會增加角質細胞的TPRA1及TRPV1表現,其中又以TRPA1的增加較明顯。惟UVB照射對細胞鈣離子通透的實時影響不大。我的結論是,UVB照射增加角質細胞及DRG的TRPA1/V1表現(特別是TRPA1),這些改變可能與光照引起之麻痛有關。

從篩選植物澱粉與顆粒製程改質到手術防沾黏之效用評估與材料檢測

近年有許多研究開發粉末顆粒的防沾黏材料,在手術中可以輕易地噴灑在傷口附近達到防沾黏的目的。本研究首先篩選天然植物澱粉,探討並比較不同澱粉作為防沾黏材料的合適性,其次,在顆粒改質的乳化法中採用不同離子來製成防沾黏澱粉,並比較材料特性,包含粉末顆粒大小形貌、吸水效率、黏度。我們比較市場上多種食用性澱粉,乙醯化磷酸二澱粉具有最高約的吸水效率598%。在此研究中我們以乳化法將界面活性劑接枝在澱粉顆粒的表面來增加材料的親水性,並在乳化法中添加不同的離子化合物,結果顯示氯化鈉(NaCl)改質的乙醯化磷酸二澱粉,其吸水效率可進一步提升到1328.3 %,使用氯化鉀(KCl)改質的澱粉為1131.6%,而使用氯化鈣(CaCl2)則是1096.9%。實驗結果與討論顯示越高的吸水率有越好的抗沾黏效果。

Using Focused Ultrasound and Pulsed Ultrasound as a Solution to Viral Infection

Viruses Both enveloped and non-enveloped viruses conceal their membrane-penetrating peptide, usually within a glycoprotein of the virion membrane, inside the coat, or within the virion lumen. Cellular signals expose membrane-penetrating peptides that influence the virus during its entry. Instances of cellular signals regulating virus entry include receptors, enzymes, and substances like proteases, metal ions, and reducing agents. Recently, motor proteins or virus maturation have been seen to regulate virus entry through mechanical processes.

整數模n的加法組合設計之探討

將兩個相同的n角齒輪重疊後,再砍去若干個特定重合的角,欲使上層齒輪在繞公轉軸旋轉一圈的過程中,兩齒輪皆有重合的缺角,在這個目的之下探討砍去的角數量,使其最小化,將其最小值稱為n角齒輪的最小可行數,以符號記為f(n)。我的研究是考慮自然數 ,對於砍去角的位置,制訂設計方法,在數量上求得f(n)較好的上界與下界。我將這個問題代數化,運用集合與數列的概念進行研究,進而轉換為組合設計的最佳化問題。特別的,若齒輪中任意兩個缺角在圓周上的最短距離皆相異,則表示砍去重合角的位置為最緊緻的狀態,將這些特殊的缺角位置稱為完美集合,我也試著探討缺角為最緊緻的特殊情形,分析完美集合的存在性。

大紅斑與周邊擾動的糾葛

在本實驗中,我們亟欲了解木星大紅斑其周圍不穩定之形成機制,意即探討大紅斑渦旋本身與其周邊風切帶之互動情形。第一、我們討論了風切帶之形成:有別於前人研究,我們使用全球準地轉淺水模式,在準地轉平衡的狀態下,渦漩會逐漸合併並緯向延伸,最終得出行星風系條帶狀僅為低頻波所產生之效應,且自轉越快帶狀越明顯;第二、透過克希霍夫渦旋理論,大紅斑始終能保持橫向的橢圓形結構且長軸不會旋轉係因為風切帶之加速效應;第三、我們使用淺水模式進行模擬實驗,發現大紅斑之非對稱西側擾動形成原因有二:一為大紅斑對風切帶之加速,以及木星低緯度風速較快加上風切帶之間具有渦度梯度形成之正壓不穩定效果。二來緯度越低則行星渦度越低,慣性不穩定易形成,即力學能差異越大不穩定越易形成,而此部份我們也以水工實驗展示。

以電場及奈米微粒提昇普魯士藍鈉二次電池的效率

本研究製作可以容納鈉離子進出的宿主材料NaFe[Fe(CN)6]普魯士藍(Prussian blue, PB),塗佈在鋁箔上製成陰極板,配合陽極鈉金屬板,壓製成二次鈉電池。本研究創新在於(1)使用PB 奈米微粒; (2)塗佈電極時添加鎳奈米微粒或銀奈米微粒,以協助充放電時的氧化還原反應效率; (3)陰極漿料置於 143 V/mm 電場下陰乾,推動立方 PB 以垂直於陰極板的方向排列,正向面對鈉離子的流動方向,提升鈉離子嵌入或脫嵌 PB 的效率。連續充放電循環,發現添加金屬奈米微粒或陰極板在電場下陰乾,均能有效提升電池電容量及穩定度。以 39 nm普魯士藍微粒添加 15% 82 nm 銀奈米微粒,在 143 V/mm 電場下陰乾 24 小時,電容量得以提升 3 倍,並在 50 次充放電循環後電容量未見衰退,維持在 90 mAh/g。

不老化動物櫟葉指形軟珊瑚生成天然化合物解析

本研究針對臺灣恆春半島海域所採集的櫟葉指形軟珊瑚Sinularla querciformis進行天然物化學成分研究,由此珊瑚中分離出兩個新型菸草烷類型天然化合物,分別是Querciformolide G (1)與Querciformolide H (2),以及兩個已知菸草烷類型天然化合物,分別是Sinulaparvalide B (3)與3,4:8,11-Bisepoxy-7-hydroxycembra-15(17)-en-1,12-olide (4)。上述化合物的物理性質和化學結構皆是由核磁共振儀、紅外線光譜儀和質譜儀等數據,以及比對相關化合物的文獻來分析確認。 針對化合物1-4進行抗發炎測試,對超氧陰離子產生和人中性粒細胞彈性蛋白酶釋放的抑製作用,發現化合物2針對彈性蛋白酶,有顯著的抑制效果。

Wibrazz

"Blindness keeps you from things, deafness keeps you from people" (Helen Keller) Wibrazz is a communication tool that can be placed inside sportswear. Two versions have been developed. The simpler one allows hearing-impaired footballers to compete in the league with other athletes. The referee is given an additional device to give a signal when he blows his whistle. The hearing-impaired footballer then senses the signal from the device he is wearing and knows that he must pay attention to the referee. The complex version speeds up communication between the coach and the players during training sessions. It allows the coach to send simple messages to his players using his smart device. The athlete senses the signal from the device and acts on what has been previously discussed (e.g. a long signal means, "Everyone come to me!") With over 70 million deaf people worldwide, and 2-4 out of 1000 people in the United States who are functionally deaf, this can affect an individual's mental and physical well-being, and it is therefore a pressing issue to provide these athletes with the means to develop their talents in a traditional team environment. In addition to the organisations within countries, the ICSD is present on the international stage. Their importance is demonstrated by the fact that the 2023 Deaf Football World Cup featured teams from countries such as the United States, Germany, England and Japan.

Wibrazz

Wibrazz is a wearable communication tool that allows the teacher, the therapist, the parent to communicate information to the child remotely using the device. Haptic (vibrationbased) feedback is becoming increasingly important in everyday life. A vibrating device that transmits information through clothing can help people with disabilities who have no or limited sensory use to live an integrated life in society without barriers.