全國中小學科展

二等獎

由楊氏矩陣變形之三角楊氏陣列的探討

楊氏矩陣是由有限多個相鄰的方格排列而成的表格,各橫列的左邊對齊,格子數由下而上遞增,而標準楊氏矩陣中每列與每行的元素皆嚴格遞增。我們將楊氏矩陣的「方格」變形為「三角形」,制定與原先楊氏矩陣相似的規則,並命名之為三角楊氏陣列。 本篇研究中,我們首先求得了將某些特定形狀的兩列三角楊氏陣列的遞迴關係式、生成函數、一般項,其與組合學上著名的卡特蘭數亦有相關。後來更是一般化至任意的兩列三角楊氏陣列,得到能夠求其方法數的通式。研究中使用的推算邏輯與方法,也許對未來再研究更一般(或云更多列)的三角楊氏陣列會有所幫助,另外,此研究與偏序集合(Partially Ordered Set)有關,可能可以應用於資訊領域的排序問題。

探討藉由隧道奈米管(TNTs)傳遞Chromogranin-A對神經母細胞瘤細胞的影響及其相關機制

Previous research observed increased TNTs formation between hypoxic and normoxic neuroblastoma cells, aiding hypoxic cell survival. CHGA was identified as a potential factor in this process. This study compared CHGA expression and whether CHGA exists in TNTs in five cell lines, with SH-SY5Y showing the highest levels, followed by SK-N-BE(2)C, while the other three showed lower expression. Future studies will focus on the impact of CHGA on cell survival and its mechanisms.

「梅」來演趣—探討台灣梅雨季之大氣流型演變與模擬

為了解台灣梅雨季的氣候特徵,本研究分析了2009至2024年間五、六月的降雨、風場流型及大氣環境。結果顯示,東北部冬季多雨,而西部地區則自五月梅雨季開始進入雨季,台灣的降雨區域逐漸南移,顯示大氣環境在此期間發生變化。我們分析了16年間的風場情形,歸納出7種單一風向流型及2種過渡流型,並整合其趨勢。我們發現,梅雨季期間,寒冷流型的出現頻率逐漸減少,而溫暖流型在夏季成為主流,不同流型之間的轉變具趨勢性。整合降雨資料後,結果顯示盛行風、低壓帶、地形效應與過渡流型對降雨有顯著影響,且發現致災性梅雨的發生條件。最後,本研究設計模擬裝置,利用不同密度的海藻酸鈉溶液與台灣模型,可模擬出符合本研究歸納的流型。

克雷伯氏肺炎菌莢膜型K47菌株之噬菌體分離及其莢膜多醣分解酶表現

克雷伯氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae)近年來於亞洲盛行,其除了傷害健康外,亦對於醫療經濟造成一定程度的影響。隨著時間發展,此細菌也逐漸獲得了抗藥性,使早期使用之抗生素不再有效,因此,尋找治療此疾病的替代療法成為近年來持續被關注的議題。由於其對細菌具高度專一性,噬菌體之莢膜多醣分解酶被認為極具開發抗生素替代療法之潛力。 本研究陸續於污水中分離純化出1212P2、H-P7、H-P8、0505P5、0505P6、05052P5、0505Kp3等噬菌體,並藉由一系列實驗,篩選出可能具有莢膜多醣分解酶的噬菌體。最後將候選噬菌體1212P2、0505Kp3進行全基因定序。 未來,將進行全基因序列分析,若成功比對並找到具有莢膜多醣分解酶潛力之基因,我們將對其加以表現並測試活性。並進一步進行體內試驗檢驗此噬菌體或其莢膜多醣分解酶的效力,探討其是否能作為開發藥物的工具,為對抗克雷伯氏肺炎菌盡一份努力。

Exploring the Potential of Pachyrizus Erosus-Derived Calcium as an Affordable Nutritional Solution for Lactose Intolerance

An exploration of Pachyrhizus erosus as an option for plant-based milk in the 印尼n market for people with lactose intolerance. With its prevalence in tropical climates, Pachyrhizus erosus is an affordable crop in 印尼. Pachyrhizus erosus is a root vegetable containing a calcium content of 15.6 mg per cup (130g) in its unprocessed form, concentrated in its white flesh. Based on its affordability and calcium content, Pachyrhizus erosus can be transformed into a beverage product with nutritional qualities on par with existing plant-based milk, therefore being a solution for calcium sustenance that is more accessible due to its high capability to be locally grown in 印尼. However, this may be a partial case as Pachyrhizus erosus only thrives in regions with long warm seasons. In this research, three trials of Pachyrhizus erosus-based milk recipe have been conducted Trial 1 consists of a 1:1 ratio of Pachyrhizus erosus to water, Trial 2 consists of a 2:1 ratio of Pachyrhizus erosus to water, and Trial 3 consisting of a 10:10:1 ratio of Pachyrhizus erosus to water, and to a small amount of soybean. Based on the results of 14 organoleptic test respondents, it is concluded that the best ratio of ingredients is 10:10:1 (water: Pachyrhizus erosus: soybean) due to an overall preference of the third trial with this ratio, in terms of taste, aroma, color, and consistency. Pachyrhizus erosus is the dominant ingredient in developing alternate plant-based milk. However, findings from the most preferred trial in the organoleptic test suggest that implementing a minor amount of soybean would stabilize the milk-like consistency and flavor. Pachyrhizus erosus’ ability to retain calcium in its water content has been additionally proven in a calcium test using a reagent solution of ammonium oxalate, as even with the trials’ step of straining the liquid content of Pachyrhizus erosus that had been blended with added water, all three trials tested positive based on the high level of the precipitate. Other tests that tackle the quality of each trial include In Silico Testing, biuret protein test, alcohol test, COB test, and pH level testing.

塗色次數期望值之研究

n個圓圈以一維排列所構成圖形中,若指定當中一圓圈塗色時,其左右相鄰圓圈各有1/2機率被塗色,欲求出使得該圖形之指定塗色次數的期望值達最小之最優化塗色方法。本研究共探討了n個圓圈之「直線排列」、「環狀排列」與n個圓圈及m個圓圈之「環狀結合直線排列」等三種圖形。

苧麻線微流體應用於工業廢水全範圍濃度量測

以台灣常見的植物”苧麻”所製之纖維線作為線微流體應用,開發出低成本、操作便利、量測信度高的工廠汙染物濃度判斷用模組。以線微流體進行了 鉛離子、銅離子、硫氰根、磷酸根,亞甲藍及剛果紅的濃度量測。這些經常於 工業製程上或是紡織業所產生的汙染源,透過線微流體分析,檢測濃度最高可 由 2.0g/L 到最低 0.4g/L,且獲得判定係數(R2)達 0.98 以上完整的檢量線,該模組可以進行相當準確的汙染源濃度檢測。此外,本研究也探討苧麻線微流體 在不同的待測物上所呈現的各種數值回歸。除了有線性回歸之外,亦發現也有 對數回歸。透過黏度的實驗,來探討微流體濃度與層析長度之間的關聯性,可 快速建立待測物檢測檢量線是否存在的方法。

3D仿生昆蟲翅膀感測器設計-利用SERS偵測微量汙染物分子

由於環境汙染、食安檢測需求提升,然現有的檢測方式成本和效率都不高,所以本研究試圖用拉曼光譜(Ramanspectroscopy)配合表面增強拉曼光譜 surface-enhanced Raman scattering (SERS)解決訊號微弱的缺點,來找出成本和時間需求最低的檢測方法來進行檢測。我們選用金龜子、蟬和蝴蝶三種昆蟲的翅膀鍍上奈米厚度的銀(10nm)來試驗,以符合 SERS要求的粗糙結構和貴金屬表面,利用熱點效應和表面電漿子共振來增強拉曼光譜的訊號,在實驗中我們也對基板進行了各項檢測,包括 X光繞射分析(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、水接觸角分析以及電子顯微鏡分析(SEM 和 FESEM),也對比了各種參數,包括放置時間、鍍銀厚度、藥品濃度等,也加入了環境水檢測,我們也對比了諸多數據,並且找出所期望的成本最低效率最高的基板參數,未來也有望運用在河水汙染檢測或是農藥殘留量檢測,甚至能運用在藥品或是生物樣本檢測,可以說是有相當發展的潛力。

降脂轉肌–將脂肪轉變成肌肉的可能性探討

先前研究發現一種多元不飽和脂肪酸 15-keto-PGE2 能減少肌肉慢性發炎以及增加肌肉生長因子胰島素的敏感性,具有增加肌肉的潛力。我們探討此脂肪酸在小鼠中將脂肪組織轉成肌肉組織的可能性。 我們先以 15-keto-PGE2 治療肥胖型肌少症小鼠後,再以全基因組mRNA定序,發現在小鼠皮下脂肪中,肌肉特異基因表現量高度上升。透過基因表現路徑分析軟體 GSEA證實此脂肪酸會高度引發皮下脂肪中,與肌肉分化、肌肉收縮與肌肉結構相關的生物路徑。另外, 15-keto-PGE2 也可以誘導脂肪前驅細胞3T3-L1中與肌肉生成相關的基因表現。 最後,我們發現以 15-keto-PGE2 治療的老年肥胖型肌少症小鼠,體重、血糖、脂肪比例下降,肌肉質量及力量上升,證實了它在體內同時減少脂肪並增加肌肉量的效果。

金屬多酚配位奈米載體合成與多功能腫瘤治療法開發

本研究結合奈米合成技術與生物醫學, 利用表沒食子兒茶素沒食子酸酯 (Epigallocatechin gallate, EGCG) 作為載體 調控摻雜Cu2+/Cu3+與 Fe2+/Fe3+之含量 並以π-π交互作用力附載缺氧性抗癌藥物替拉扎明 (Tirapazamine, TPZ) 成功製備出多功能金屬多酚配位奈米顆粒簡稱為EFeCuTPZ。 材料經紫外-可見光譜 (UV-vis),、動態光散射 (DLS) 及掃描式電子顯微鏡 (SEM) 確認其粒徑大小、形貌學與穩定性。利用808 nm和671 nm雷射分析其光熱轉換效率 評估光熱療法效果,。在腫瘤微酸性環境下, EFeCuTPZ可利用高濃度之H2O2行芬頓反應 (Fenton Reaction) 產生高活性之氫氧自由基 (•OH), 展現化學動力療法 (Chemo dynamic-therapy, CDT),。同時, 藉由材料中的Cu²⁺與腫瘤環境中的穀胱甘肽 (Glutathione, GSH)反應減少高活性物質 (Reactive oxygen species, ROS) 的消耗 增強CDT之療效。酸性條件下 TPZ顯著釋放 有助於腫瘤治療。 另外, 細胞實驗顯示EFeCuTPZ具有高生物相容性與治療效果, 成功開發出具CDT,、CT及PTT功能之奈米複合材料 為醫學新興藥物材料提供可能性。