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二等獎

基於人眼感知範圍減少螢幕藍光強度之研究

我們每天的生活都離不開手機、電腦、電視等產品,因此藍光對眼睛造成的影響是所有人都會遇到的問題。本計劃希望能利用人眼對於不同顏色的敏感度,在人眼感知範圍內減少螢幕的藍光強度,以降低電子產品對眼睛帶來的負擔及傷害,同時維持螢幕畫面的正常顯色。市面上現有的方法除了成本較高,也都會使螢幕畫面變得昏暗; 若為了維持顯色的自然,則成效便會受到限制。本專題根據人眼對於色度的最小可覺差,參考基於麥克亞當橢圓的顏色差異計算方式,分別算出不同色彩空間上看起來相同的顏色關係表,並將螢幕上的顏色換為色差無法察覺且藍色強度較低的顏色,最後以手持式光譜儀量測螢幕輸 出的藍光強度驗證成效。與現行市面上的抗藍光方法相比,除了成本大幅降低以外,也能維持顯示器的正常顯色。未來希望能推廣至所有 LED 螢幕電子產品,並為色盲色弱患者設計不同色度感知能力的最佳調整方式。

迪化汙水處理廠降解雌激素之菌種純化

雌激素為一種固醇類的環境賀爾蒙,若水生動物長時間暴露於低濃度的雌激素中,即會導致其生理及行為異常。我們企圖從迪化汙水處理廠中分離純化出能有效降解雌激素之菌株,希冀了解這些菌株的生理特性與降解雌激素的能力。首先在活性污泥中加入高濃度雌二醇(1mM),以增進雌激素降解菌在菌群中的比例,接著利用十倍序列稀釋進行菌株純化。培養期間以薄層層析檢測雌激素降解活性。隨後以固態培養基培養法取得單一菌落,並進行聚合酶連鎖反應及核酸定序。之後我們亦將純化出之菌株進行其他固醇降解測定。目前純化出一株Novosphingobium屬的變形菌,其為一新的菌種,確實能降解雌二醇及其他固醇,包含雌酮、雄烯二酮、膽酸、孕酮和睪酮。然而,其並不能降解乙炔雌二醇。該菌株具有修復受汙染環境及製備雌激素相關藥品之應用潛力。

強磁場下電漿孤立子的演化

本計畫採用數值模擬進行研究,並建立一維電漿模型來模擬電漿孤立子在不均勻背景中的演化。藉由模擬及觀察一維電漿系統中的各種振盪,驗證模型之正確性。在模型建構的過程中,曾針對數值精度問題、能量、動量不守恆提出各種解決辦法,最終完成的模型可以完全詮釋馬克士威方程組中所有電場與磁場的行為。此模型已檢驗過幾種在電漿中的波,包括:Plasma oscillation、Ion acoustic wave、Hybrid oscillation、Extraordinary wave(X wave)以及Magnetosonic wave。其模擬結果與理論值相當接近,代表此模型可以正確演示真實電漿之行為。接著模擬在強磁場以及不均勻磁場中,孤立子的各種行為表現以及演化方式,我們可以尋找某些物理量,其足以代表孤立子在系統中的行為,這個結果或許可以提供線索幫助我們了解星雲的能量來源。且這個模型未來將用於預測電漿物理學的未知現象及分析電漿態星體。

Bioplastic - The Future is Degradable Plastics. Investigating Biodegradation of Polyhydroxybutyrate Bioplastic by 紐西蘭 Soil Microorganisms

The rate and production of conventional petroleum based plastics is unsustainable and not eco-friendly. Plastics often end up in marine environments and can take hundreds of years to decompose in landfills. According to Statistica, in 2015 alone, global plastic production was approximately 322 million metric tonnes and is projected to increase in the future. PHB bioplastic or Polyhydroxybutyrate is both biologically produced and biodegradable and can serve as a viable alternative to conventional plastics. But can it be broken down by soil microbes within a reasonable time frame? I have set out to answer this question. My aim was to isolate and analyse microorganisms from the Rotorua area that are capable of degrading Polyhydroxybutyrate (PHB) bioplastic . I isolated PHB degrading microorganisms from Rotorua soils by culturing on an agar based mineral salt media supplemented with PHB powder (MSM PHB agar). Samples were taken from Mount Ngongotaha and Te Puia geothermal soils as well as Okareka, termite frass and termite guts. One isolate from the Te Puia sample (labelled G2) was found to successfully degrade PHB powder. After isolation and purification of the G2 isolate, it was cultured on a range of media types to examine properties exhibited under differing nutrient conditions. Multiple organisms were found to be involved in the degradation of PHB bioplastic and work together symbiotically, this included bacteria and fungi which was identified as penicillium. The sample isolated from Te Puia soils (site 2 – G2Clear) in the Rotorua environment was found capable of competently degrading PHB, clearing 8% of PHB after 26 days. The G2Clear isolate is a mixture of bacteria and fungi working in an endosymbiotic relationship to degrade PHB and are unable to successfully degrade PHB individually. It is through the secretion of an extracellular PHB depolymerase enzyme that PHB is degraded, conforming with my hypothesis. This proves that PHB bioplastic is a viable alternative to conventional petroleum based plastics as PHB can be relatively quickly broken down by soil microorganisms.

地震與纜車的邂逅 Monitoring the Seismic Reduction and Vibration Resistance of Cable Car

本研究主要探討地震造成的纜車晃動,藉由自製的地震模擬器與纜車系統,探討各因素對纜車晃動之影響,設計纜車系統和車廂的減震裝置。研究結果顯示:一、地震時纜車斷電停駛位置愈靠近塔柱、相同長度纜繩上車廂個數較多、纜車重量較重、纜車臂較短,纜車晃動時間相對較短。二、所設計之減震裝置中,利用夾層中鋼珠轉動,使地震時只有外層纜車晃動而內層纜車輕微滑動的「雙層纜車」效果最佳。纜車系統塔柱則可參照建築物設置隔震元件,以減緩纜車晃動。本研究結果可望為未來應用之參考。

積少成多—以階差級數計算填數字方法數並推導其生成函數

本研究主要解決的問題為:在任意多邊形上填入特定範圍的正整數,使得相鄰兩邊上的數差1,求符合以上條件的填數字方法數。 為了解決問題,本研究做了兩項突破。第一項是題目的轉變,將問題轉變成路徑問題。第二項則是將路徑數計算的方式(加法原理)之逆運算,求出從原點前往含直線y=-x及其右半平面上的任意格子點之捷徑數,並搭配巴斯卡三角形中的組合數列,成功地推導、證明此問題方法數的公式。 接著本研究將原題延伸,推廣至討論任相鄰兩邊上的數之差為固定某一正整數的情形,也成功地推導、證明其方法數公式。最後,本研究討論原題目的生成函數並成功導出。

在酵母菌中被熱休克蛋白90所保護的遺傳變異之探討

基因型的改變會導致表現型的改變,然而,有一種稱為遺傳緩衝的效應,能隱蔽基因型變異,維持表現型穩定。由於某些遺傳變異不適合生物的原始環境,卻能被保護,使在各種環境中持續演化。從前人的果蠅研究發現,若剔除熱休克蛋白90能夠使其不同遺傳品系間的基因型變異被顯露出來;而在酵母菌的研究中,剔除熱休克蛋白90會增加在環境擾動時的生長差異,因此熱休克蛋白90被認為有參與遺傳緩衝效應。更重要的是,熱休克蛋白家族普遍存在於所有真核生物中。為一窺遺傳緩衝效應機制的原貌,本研究誘發釀酒酵母菌菌種196的突變、增加其基因型的多樣化,並以doxycycline環境及高溫環境營造環境壓力,以降低酵母菌196及其突變株的基因Hsc82之表現量,找出含有因為突變而被熱休克蛋白90所保護的基因的突變株。希望透過找到這些突變株以了解,有哪些基因突變會被熱休克蛋白90所保護,並進而推論人類基因的突變是否也能依循此機制被隱蔽。

The new engine

The aim of this project is to eliminate the huge consummation of petrol in the field of transportation. This project will be based on the creation of an engine. It is not only economic but also, it does not pollute the environment. In order to think about the scientific strategy of this engine, I had a look at the work of many previous inventors who worked on a similar engine. But the engine I fabricated has as additions: - The use of clean energies (air, electrical energy and electromagnetic energy) - It is an engine the energy of which is renewable and it does not necessitate the intervention of man to give it energy .THIS MEANS THAT IT WORKS ALONE.

連續正整數的鈍角三角形分割

對於集合 S={k,k+1,…,k+3n-1},考慮其所有三元子集的劃分,我們研究在其中所有子集皆含有的一致性:鈍角三角形。文中給出了對於初始值 k 尋找 n 的方法,並證明其存在性。對於所有 k 我們都能給出 n 的範圍。在文末我們期望能夠從解析方面來對這問題進行更深的剖析,所以對於部分鈍角三角的的劃分方式給出了其必要條件的限制,並且同時作出關於全體鈍角三角形的等價類分組方式。

電場中的小晶靈-高電壓電場中液滴的結晶現象

本研究設計相機-顯微鏡-玻璃座平行銅片電場裝置,拍攝鹽類液滴在高電壓電場中的結晶現象,並以色階曲線為基礎,發展出SCL值,來偵測晶體表面的性質。實驗先找到能讓晶體成長趨向單顆且高透明的條件為:加蓋(低蒸發速率)、過濾、無施加電場與低熱LED光源。並應用蒸發速率差異,發現食鹽晶體的變速成長現象。蒸發快會形成階梯螺旋紋,蒸發慢,紋路消失,變成全透明晶體。將這裝置轉放在高電壓電場下可發現:晶體形狀發生改變(晶體傾斜或碎晶),透光度變差(SCL值變小),可觀察到新生晶體邊緣,有條狀暗紋出現,但晶體成長速率變化不大。鹽晶析出反應會因些微的外在變化,而影響溶液中離子堆疊,在晶體表面出現陰影或不規則紋路。這種對外在環境有著高度反應的現象,可以透過反應位能曲線圖來解釋,正可以用來研究外界高壓電場如何對物質發生影響。