全國中小學科展

三等獎

探討粒線體蛋白質GATD3A的結構、功能以及去糖化機制

GATD3A 是粒線體中的蛋白質,被推測可能具有「去糖化」的能力,能移除AGEs。糖尿病、帕金森氏症、阿茲海默症皆與人體中過高濃度的AGEs有關,因此GATD3A具有相當高的研究價值。 本研究探索GATD3A(麩醯胺酸轉移酶樣1 類結構域 3A),經基因合成與蛋白表現後,大量製備蛋白質並探討其結構與功能。目前已得到蛋白質最佳製備環境、成功培養出蛋白質晶體,進行了結構分析,了解其結構、保守性、親水性及電性等,對於酵素適合反應的溫度、pH值也有初步了解。未來也會利用酵素動力學計算酵素活性、並製備糖化蛋白質,進行去糖化測試,探討 GATD3A 是否具有臨床運用於糖尿病患者之糖化血紅素去糖化的可能性。

Synthesis of functionalized mesoporous silica nanoparticles as drug delivery carriers for therapeutic agents

奈米藥物在臨床治療引入了重大創新。多孔性二氧化矽奈米粒子(mesoporous silica nanoparticle) 具有生物相容性和高孔隙度的特性,被運用在奈米藥物傳遞和標靶治療。奈米粒子經過表面修飾可提高藥物載荷效能以達到有效的治療。 本研究建立一項有效的奈米藥物傳遞載體的開發系統,目標在合成多孔性二氧化矽奈米粒子,使用幾丁聚糖對表面進行修飾,以提升地塞米松藥物載荷和穩定的藥物釋放。應用 X-射線繞射和傅立葉轉換紅外光譜來分析奈米粒子產物和表面官能基。應用分光光譜儀進行測定藥物的載荷和釋放速率。幾丁聚糖修飾包覆的多孔性二氧化矽奈米粒子具有 53.7%的藥物載荷率,比較未修飾的粒子只有 27.9%。藥物釋放實驗,幾丁聚糖包覆的二氧化矽奈米粒子可以延緩藥物釋放,在 5 天釋放 19.7%的地塞米松。本次研究說明幾丁聚糖包覆多孔性二氧化矽奈米粒子是有潛力的奈米藥物載體。

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。

3D Arithmetic Billiards investigating edge points with a number theoretic approach

The billiard table is a cuboid with integer side lengths. A point-wise ball moves with constant speed along segments making a 45◦ angle with the sides and bounces on these. We allow the ball to start from any of the 8 corners, resulting in a periodic trajectory known as a corner path. The geometry of the path depends on the artihmetic properties of the side lengths (for example if these are pairwise coprime). Points of contact between the ball and edges, known as edge points, are inves- tigated and their characteristics like distribution explicitly described. This generalizes a previous work by Perucca, Reguengo da Sousa and Tronto of University of Luxembourg.

一價銠金屬催化肉桂胺衍生物進行不對稱氫芳基化反應 Rhodium(I)-Catalyzed Asymmetric Hydroarylation of Cinnamylamine Derivatives

一價銠金屬催化反應已經被廣泛應用於有機化學合成領域中。而本研究以具保護基之肉桂胺衍生物1與四芳基硼鈉試劑2a作為起始物進行銠金屬不對稱氫芳基化催化反應,得到具有保護基的掌性2,3-雙芳基丙胺衍生物3,並探討此反應的掌性雙烯配基對於反應的影響。本研究已完成使用Ts(對甲苯磺醯基)保護基之肉桂胺衍生物1a作為起始物進行反應,並改變與銠金屬錯合的配基,發現當配基使用2,5號位為芳基取代之配基L(掌性雙環[2,2,1]雙烯配基)時,反應有較好的位置選擇性,其中最佳的是芳基取代為苯基之配基L1,其位置選擇性比例為1:0:0.09。目前將進行改變起始物1之氮上的保護基,以L1作為配基進行反應,並與1a比較,優化反應性及產率。

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。

開發回收PET合成UiO-66並應用於催化合成羥甲香豆素

本研究利用乙二醇處理後的聚對苯二甲酸(PET)及氯氧化鋯,以創新的無溶劑方式”solvent-free PET-to-MOF conversion”合成一類金屬有機框架材料(MOF) ── UiO-66(Zr),並發現此材料可用於催化Pechmann condensation、以間苯二酚和乙醯乙酸乙脂合成羥甲香豆素。於190℃之環境下,乙二醇處理6小時的EG-PET可合成出晶型最接近模擬模型的UiO-66晶體;而我們開發的合成方法中,最佳的反應條件為反應物質量比(氯氧化鋯:PET)= 2:1、130℃合成24小時。 對於合成出的UiO-66(Zr),我將其進行了XRD、FTIR、BET、SEM檢測,結果符合UiO-66(Zr)的特徵;唯比表面積僅有約900 平方公尺/克,推測此方法合成出的材料之有機linker數量和一般UiO-66(Zr)有所差異。 對於催化合成羥甲香豆素之反應,我們首先發現UiO-66(Zr)可作為非勻相催化劑參與此反應;且實驗結果顯示,相較於溶劑熱合成的UiO-66(Zr),以本研究的方法所得之UiO-66(Zr)作為催化劑可得到更高產率的羥甲香豆素。

Detection of Calcium Oxalate in Nephrolithiasis Using Ca-D

Nephrolithiasis isacommondiseasewherestoneisfoundinthe kidney. Kidney stones areharddepositsmadeofmineralsandsalts that form inside your kidneys. Urine has various wastes dissolved in it. When there is too much waste in too little liquid, crystals begin to form. Sometimes, tiny stones move out ofthebodyinthe urine without causingtoomuchpainanditcontainscalciumoxide. But stones that don't move may cause a back-up of urine in the kidney, ureter, the bladder, or the urethra. Therefore, Ca-d is used as an effective and affordable alternative device to check kidney stones. A new detector we can operate as an indicator for people who have high calcium oxalate levels in their urine. Which will help us to check calcium oxalate levels easily and practically with the use of tds (PPM as its unit). It can check whether people have high PPM levels that can cause issues like nephrolithiasis. It can also be used regularly so that people can avoid the disease by consistently checking their urine with Ca-d.

空氣鳳梨毛狀體降低空汙之探討與應用

本研究主要是探討空氣鳳梨葉子作為清淨環境空氣和降低 PM2.5 濃度以及物理性微粒的功能。為了解空氣鳳梨的吸附能力,我們先測量空氣鳳梨的滯塵能力,發現高居室內植物滯塵能力第二名:其次是測量植株能否降低線香微粒濃度,發現其葉片具有減少懸浮微粒的能力,顯示其具有空氣淨化效果;猜測上述能力應與毛狀體結構有關,於是著手測量去毛後的吸附能力,得知毛狀體是影響吸附能力的關鍵。接著我們學習 Image J 操作,進一步了解空氣鳳梨在各部位的吸收能力及運送途徑。透過數位化影像分析,推測微粒的路徑為葉基→葉中→葉尖。最後比較了吸附微粒後的植株與對照組的抗氧化能力,發現實驗組明顯降低,說明微粒會對空氣鳳梨造成氧化壓力並影響生理代謝。

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。