全國中小學科展

三等獎

探討環形 RNA circACTN4 在非小細胞肺癌中的特性及功能

肺癌是世界上死亡率第一的癌症。根據近期研究發現,環形RNA (circular RNA;circRNA)比一般的線狀 mRNA穩定,並且會調控癌細胞。但circRNA於肺癌中的調控機制仍不清楚,因此我們決定挑選一個circRNA作為研究對象。首先,我們從 GEO 公開資料庫中篩選肺癌病人中差異表現的 circRNA,經 qPCR在肺癌細胞株驗證後,最終找到circACTN4 進行後續的研究。實驗結果顯示 circACTN4 在肺癌細胞株中確實為環狀結構,內生性表現量上升,且大都分布在細胞質。使用siRNA降低 circACTN4 表現量後,會增加細胞停留在細胞週期之G1期的數量,且 CDK4 和 CCND1 蛋白量也會降低。因此我們推測 circACTN4 可以促進肺癌細胞增殖的效果。更進一步的研究揭示,circACTN4能與LRPPRC蛋白結合,這種相互作用可能是circACTN4在肺癌中發揮調控作用的關鍵機制。總上所述,circACTN4 會促進肺癌細胞的生長,盼未來能作為預後的指標,並發展為治療肺癌的新標的。

蚊蟲翅音的定性與防治應用

為隔離環境聲音增加蚊蟲專一性的聲音,自行製作降噪錄音箱,分析聲譜使用Audacity及Room EQ Wizard兩個軟體,結果顯示自製錄音箱可吸收95.7%的環境聲音能量。白線斑蚊的雄蚊平衡棍長與翅音統計達顯著相關;而雌蚊平衡棍長與翅長統計達顯著相關。白線斑蚊及埃及斑蚊兩者翅音皆具有專一性,同種雄蚊及雌蚊會受彼此翅音誘引,而雌蚊交尾後會被同種交尾雌蚊翅音誘引。雌性埃及斑蚊交尾後的翅音對同種雌蚊平均誘引產卵率為85.8%,統計達顯著差異。自製捕蚊機(合成翅音誘捕,平均誘捕率為66.7%)較市售捕蚊機(UV光誘捕,平均誘捕率49.7%)誘捕率高出17.0%。自製捕蚊機可做為白線斑蚊及埃及斑蚊防治資材之一,且為環境友善防治法。

快速合成金屬有機骨架複合材料用於微量工業廢氣吸附移除Rapid synthesis of metal-organic framework composites for removal of trace industrial waste gases

本研究開發一種新穎孔洞性吸附材料:金屬有機骨架 (MOF)。MOF 在反應溶液中自組裝形成孔洞結構,透過物理吸附有效捕捉氣相乙酸分子。研發出綠色、快速可在常溫常壓下大量合成三種MOF(HKUST-1(Cu)、UTSA-280(Ca) 及 A520(Al))方法。此外,為提升材料機械強度和應用價值,採用 PVA 聚合技術製備 MOF 複合物,使其造粒型化更易處理,提升商業和環境應用價值。吸附實驗結果顯示,HKUST-1(Cu) 粉末對乙酸移除率高達98%,而HKUST-1(Cu) PVA 複合物達93%,對比活性碳及其PVA複合物(移除率分別為85%和78%)表現更優異。MOF憑藉優異吸附性能和可大量生產低成本優勢,成為極具潛力有機無機氣體吸附劑,可為半導體產業提供一種維持高標準製程環境精密且簡便解決方案。

蚊蟲翅音的定性與防治應用

為隔離環境聲音增加蚊蟲專一性的聲音,自行製作降噪錄音箱,分析聲譜使用Audacity及Room EQ Wizard兩個軟體,結果顯示自製錄音箱可吸收95.7%的環境聲音能量。白線斑蚊的雄蚊平衡棍長與翅音統計達顯著相關;而雌蚊平衡棍長與翅長統計達顯著相關。白線斑蚊及埃及斑蚊兩者翅音皆具有專一性,同種雄蚊及雌蚊會受彼此翅音誘引,而雌蚊交尾後會被同種交尾雌蚊翅音誘引。雌性埃及斑蚊交尾後的翅音對同種雌蚊平均誘引產卵率為85.8%,統計達顯著差異。自製捕蚊機(合成翅音誘捕,平均誘捕率為66.7%)較市售捕蚊機(UV光誘捕,平均誘捕率49.7%)誘捕率高出17.0%。自製捕蚊機可做為白線斑蚊及埃及斑蚊防治資材之一,且為環境友善防治法。

運用機器學習強化探測重力波訊號

本研究欲利用機器學習演算法,透過觀察重力波訊號來判斷黑洞融合訊號的時間。本研究 的數據來源於雷射干涉引力波天文台的開放資料庫,我從中獲取最被廣為認定的64筆原始數據,並生成具有不同黑洞質量與不同訊噪比的模擬信號。我將模擬信號與不同噪聲混合 後,進行強度調整、Q轉換和資料白化等數據處理,並提取資料的統計量,將其用於訓練三種決策樹演算法和兩種迴歸演算法中。最終研究結果顯示,決策樹演算法的判斷能力優於迴歸演算法,以及指出強度差值的標準差是最關鍵的特徵,重要性達全體特徵的27%。 我們的模型在重力波訊號判斷上表現出較高的效率,並成功降低了模型的複雜度,使其更適合實際應用。

旋轉鏈條張力分析及擾動波速研究

此實驗在研究一條環狀鏈條被吊起並開始旋轉時,在不同轉速下敲擊後所產生擾動波的現象。其中主要分析鏈條上波速和鏈條旋轉速度之間的關係。首先我們利用雷射切割機自製轉盤,並觀察到旋轉鏈條在不同轉速、敲擊不同位置時,在鏈條上所產生的波。我們接著用手機拍下此現象並用Tracker標記波的位置變化,放入Excel用回歸分析作圖之後,推測波速和鏈條轉速之間的關係。我們接著研究金屬鏈條碰觸地面受到摩擦力作用產生的週期性振盪,我們提出理論模型並估算週期,計算的結果與實驗數據吻合。最後研究旋轉鏈條被挑出圓盤後在地面移動的情形,分析移動距離、移動時間與轉速之間的關係。

以智慧型高親水薄膜提升汗液感測靈敏度 Enhancing Sweat Sensing Sensitivity with SmartHydrophilic Thin Films

本研究主要是以晶片和織布進行結合,以電極收集訊號分析受測者的鈉濃度和汗液流量,研發長期保持潤濕和擁有穩定性的高親水性薄膜Polyacrylic acid / Cellulose nanocrystals(PAA / CNC)感測器。製備不同濃度比例的PAA / CNC光固化水凝膠,進行接觸角、FTIR圖譜、溶脹比 (Swelling Ratio)、SEM、EIS 潤濕面積分析並比較選擇出PAA /10 CNC的濃度比例作為最佳的汗液感測電極。利用CNC與PET片間貼合度強化結果,能有效提升薄膜親水性,降低電極與織布中的親疏水性差異,加強電極感測靈敏度,相較於對照組,電容值結果顯示約提升5~10倍的靈敏度。本研究開發一個靈敏且穩定即時監測汗液的薄膜,並結合藍芽應用於智慧裝置。

快速合成金屬有機骨架複合材料用於微量工業廢氣吸附移除Rapid synthesis of metal-organic framework composites for removal of trace industrial waste gases

本研究開發一種新穎孔洞性吸附材料:金屬有機骨架 (MOF)。MOF 在反應溶液中自組裝形成孔洞結構,透過物理吸附有效捕捉氣相乙酸分子。研發出綠色、快速可在常溫常壓下大量合成三種MOF(HKUST-1(Cu)、UTSA-280(Ca) 及 A520(Al))方法。此外,為提升材料機械強度和應用價值,採用 PVA 聚合技術製備 MOF 複合物,使其造粒型化更易處理,提升商業和環境應用價值。吸附實驗結果顯示,HKUST-1(Cu) 粉末對乙酸移除率高達98%,而HKUST-1(Cu) PVA 複合物達93%,對比活性碳及其PVA複合物(移除率分別為85%和78%)表現更優異。MOF憑藉優異吸附性能和可大量生產低成本優勢,成為極具潛力有機無機氣體吸附劑,可為半導體產業提供一種維持高標準製程環境精密且簡便解決方案。

Glass Coloring by the production of Colloidal Hydroxide

When doing an experiment to produce colloidal ferric hydroxide, the bottom of the beaker used was colored in yellow-brown with thin film interference. This phenomenon is well-known, but the cause has not been clearly studied. As a result of the research, the coloration on the bottom of the beaker is caused by β-FeOOH forming a thin film which is chemically bonded with Si-OH on the glass surface. Also, the amount of β-FeOOH depends on the number of experiments, the area of the bottom of the beaker, and the concentration of FeCl3 aq. We found that it can be possible to determine the amount of β-FeOOH from the formula m=knsc and the adhesion constant was found to be 6.8✕10-3 (L/m2). In addition, from machine learning we predicted that the thin film thickness becomes thicker as it moves away from the center.

以底棲魚生物放大效應探討邊緣海區域性汞汙染Marginal Sea Regional Mercury Pollution Revealed by Biomagnification Effects in Demersal Fish

海洋中有許多重金屬汙染,其中汞元素因為濃度低很容易被忽略,但卻容易經由飲食進入人體,造成嚴重傷害。也因其濃度低不易被測量,現今也少有海洋中汞汙染的完整資料。然而,在生物體中汞濃度會因生物累積及放大作用而較海水的濃度來得高,故本研究利用魚體汞累積速率(MAR)當作追蹤海洋污染之生物指摽,此方法將魚體總汞濃度除以年齡得到的汞累積速率,以去除生長時間的影響因素。 本研究利用習性不常移動之底棲魚種之MAR,分析與生物放大作用相關的掠食階級(Trophic Levels)之相關趨勢,經過篩選,研究分析了31篇過去於大西洋、太平洋及地中海採樣的文獻,將其中資料整理成趨勢圖,比較各區域汙染程度,發現各區的汙染程度呈現差異,同時提供觀測區域海汞汙染的新方法。