全國中小學科展

三等獎

探討TLR7作用劑對樹突細胞發育及功能的影響

樹突細胞在免疫系統中扮演關鍵的角色,不論是活化其他免疫細胞,或是產生細胞素調節免疫系統,都與不同種類的樹突細胞具高度相關。雖然目前已經了解成熟樹突細胞在免疫系統的重要性,但是樹突細胞由前驅幹細胞發育及分化的過程目前仍不清楚,且過程中若遭受刺激,其所造成的影響也有待研究。 本研究採用一種TLR-7作用劑R848刺激尚未分化的前驅幹細胞,觀察其發育過程及分化後之成熟細胞的影響。結果顯示在低濃度R848刺激下,漿狀樹突細胞的分化比例增加且功能增強,傳統型樹突細胞的免疫活性也上升。相反的,高濃度的R848則能顯著降低漿狀樹突細胞的比例及干擾素基因表現,傳統型樹突細胞的活性也顯著下降。綜合以上,我們發現不同濃度的R848有助於引導不同趨勢的免疫反應。另外,目前實驗結果支持了其作用機制可能為控制轉錄因子的活性,後續將更深入研究此機制。

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。

週期性變化磁場對複合磁體磁浮特性的影響

此研究期望找到穩定磁浮的方法及探討產生磁浮振盪的變因。首先利用吸附上鐵材的磁浮體,觀察其造成的磁浮減震。實驗過程藉由變動磁場,發現週期性變動的磁通量對鐵磁體的磁化及渦電流產生影響,進而改變磁振盪振幅及阻尼係數。研究結果得知磁場的交變頻率越大,會導致磁浮體所受斥力增加且鐵磁體形成的減振效果減緩。另外,複合磁體中受硬磁磁化的鐵磁體在頻率到達一定區間時才能觀察到渦電流的影響,而此區間受複合磁體排列、磁化強度等變因控制。

探討 Kaempferol 3-O-β-d-xylopyranosyl-(1→2)-α-l-rhamnopyranosyl-7-O-α-l-rhamnopyranoside 對人類小細胞肺癌之功效

肺癌為全球最常被診斷的癌症之一,主要分為非小細胞肺癌與小細胞肺癌,其中小細胞肺癌是最具侵略性、致死性且預後最差的肺癌。目前針對小細胞肺癌仍未有有效的療法。 本研究探討花生外皮萃取出之山奈酚醣苷衍生物 kaempferol 3-O-β-d-xylopyranosyl-(1→2)-α-l-rhamnopyranosyl-7-O-α-l-rhamnopyranoside 對小細胞肺癌的抗癌功效。我們發現細胞株H1688經藥物處理後細胞存活率明顯降低,以流式細胞儀細胞週期分析,隨藥物劑量增加時 sub G1 期細胞數明顯上升;以 Annexin V 觀察發現藥物劑量增加時細胞逐漸走向晚期凋亡,此外,隨劑量增加 c-PARP、caspase-3、-3和 -9 的蛋白表達都有增進,同時也造成粒線體膜電位下降與 cytochrome c 釋放,另外我們透過西方墨點法分析發現隨著藥物劑量的增加,p53蛋白的表現量下降且有磷酸化的現象,並且在經過咖啡因的處理後藥物對細胞株的毒殺作用更加明顯,由實驗結果可知kaempferol 3-O-β-d-xylopyranosyl-(1→2)-α-l-rhamnopyranosyl-7-O-α-l-rhamnopyranoside能夠良好的誘導H1688細胞凋亡,有潛力成為治療小細胞肺癌的藥物。

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.

黏滯流體與固態粒子對馬克士威爾滾輪的物理影響及探討

將黏滯流體放入空心帶軸圓盤中(稱作黏流滾擺),以繩繞軸芯捲至25.17 cm高度落下,實驗發現填充量為22.500 %~87.500 %時,相對其他填充量以非常緩慢的速度落下且不會彈跳,而圓盤角速度具有週期性,並整合參考文獻理論公式分析邊界層對圓盤運動的趨勢,發現若邊界層變薄則讓液體質心處於α>0,滾擺加速滾動,若變厚,則反之。當釋放高度大於8.55cm無彈跳填充範圍將維持在22.500 %~87.500 %,不受高度影響。而黏流滾擺落下的時間約為空圓盤的122倍。改以黏滯性較小的水作為填充液體則不存在無彈跳填充區域。若改以填充混和質量濃度比例100:6及100:20的黏滯流體與水,則可發現臨界線向左偏移。若填充液體改為固態粒子(細沙),實驗發現填充比例為4.242 %~93.196 %時,細沙滾擺會固定於高空中而不落下。比較黏滯流體、水、細沙三種填充物質,黏滯流體緩衝效果與穩定性最佳。

塑膠發電– PLA降解之燃料電池研究

本實驗主要將PLA塑膠產品以水解降解、光降解方式形成小分子乳酸單體或其寡聚物,作為燃料電池之燃料,使其再循環產生能量,減少塑膠產品對環境之汙染。PLA降解之方法,可將PLA浸泡於低濃度氫氧化鈉溶液或照射UV光進行前處理再置入乙醇中,或直接放入高濃度氫氧化鈉中並加熱將其迅速降解,後者可於5分鐘內將市售PLA產品完全降解。以上述PLA降解溶液作為燃料電池之燃料,同時以自製氧氣供應裝置提供氧氣,作為電池兩極。電極為鍍鉑鎳鉻絲,電解液為0.7M氫氧化鈉溶液,電壓可達0.85V。PLA雖為生物可分解性塑膠,現今仍主要以燃燒方式處理,此迅速降解PLA之方法可解決目前使用後處理之困境。同時本實驗為首次利用乳酸作為化學燃料電池之燃料,並成功使其產生電力,此研究可提供PLA塑膠分解與利用之新思維。

斜槓元宇宙-智慧新農機:全球首創利用Arduino自動偵測「迴轉耕耘機」犁耕土壤深度的火犁仔(曳引機)、解決人類糧食危機

本研究以機電整合,發明了【曳引機迴轉犁偵測系統】,將大型農業機械智能化,並優化及整合工程技術,設計了六大系統,藉由量化評工程效益及作物的產量變化,觀察設計成效。 根據文獻,水稻管理使用「灌溉系統」+「雜草抑制蓆」+「生物肥料」的機制,可以增加產量[1,2]。因此我們優化這些機制,並設計「精準深耕」、「智慧噴桿」、「滴灌系統」形成六大系統。利用自創的【曳引機迴轉犁偵測系統】,犁耕時就可以在每一寸土地上,精確控制土壤深度在25cm的「精準深耕」。我們也發現,在這六大系統的協同效應下,不僅省下3~12倍的作業時間,同時在加乘效果的作用下,產量可以大幅提高至79%。 本實驗花二年時間,在台中清水地區1.2公頃的農地,實際建構這六大系統。並使用無人機偵測飛行高度的3D立體影像感測器、Arduino微控制器、燒入自行設計的Arduino C程式,成功發明【曳引機迴轉犁偵測系統】,並裝在大型曳引機,用來偵測迴轉耕耘機翻鬆土壤的深度,同步將該數據立即顯示在駕駛室的儀表板。 目前全球六大品牌大型曳引機,造價超過新台幣400萬元,尚無一款具有本研究自創的迴轉犁自動偵測功能。

坐標平面上的格點多邊形性質

先前有許多人探討了坐標平面上格點正方形、格點直角三角形的性質,卻沒有人用數學的方式將此主題推廣到各種多邊形,格點多邊形性質便一直被歸類於資訊研究,目標變為預測當邊數很多或範圍很大時的估計值,因此本研究的目的在於用數學化的方式探討在坐標平面上每個頂點坐標皆為整數的多邊形性質,並推導出能算出精確值的通解。 本文探討的多邊形包含了凹多邊形及凸多邊形,研究者提出繪製格點多邊形的「迂迴作圖法」並成功推導出格點多邊形的範圍條件、範圍內最多邊的格點多邊形邊數、面積極值、周長極值的通解,並找出了部分多邊形的周長極大值與個數。運用本研究的結果,將有助於在有限區域或空間中依照特定規律設計最大路徑,例如遊樂場的迷宮與雲霄飛車軌道。

定義酚基反應性:芳香環醣基受體之醣基化反應立體選擇性的預測及探討

酚與苄基醇在許多領域中,被廣泛地運用以及探討,其中一重要的應用是與醣苷結合後可做為人們所服用的抗生素。儘管如此科學家卻尚未能將醇類結構中羥基的反應性量化來進行分析,因為缺乏準確的芳醇反應性數值,造成芳醇的研究與應用較難以掌握。因此本篇主要在進行芳醇反應性的量化。兩醇以競爭的方式進行反應後,再經動力學的計算,得到其相對反應性數值。進而再透過改變芳香環上的取代基來探討共振效應、誘導效應和立體效應對芳醇反應性之影響,並且將醇類之反應性數值與大數據分析結合應用於醣化學中,以探討並解決醣基化反應中立體選擇性控制之問題。