全國中小學科展

一等獎

國、高中階段對於漢字辨識歷程之認知與發展

本實驗藉由操控目標字鄰群大小及是否最高頻兩項變因,研究國、高中生在是否具有「聲旁規則性」與「鄰群發音一致性」的情況下,兩群漢字的辨識歷程,由實驗可知: 一、 國、高中生對於具有「聲旁規則性」及「鄰群發音一致性」,與不具有「聲旁規則性」及「鄰群發音一致性」兩種情況下的漢字辨識歷程中,大鄰群目標字的辨識時間較小鄰群目標字長,即「大鄰群」因素在其漢字辨識歷程中產生了「抑制作用」。 二、 本實驗中,「非最高頻」鄰群目標字的辨識時間較「最高頻」鄰群目標字長。即「最高頻」因素在國、高中階段的漢字辨識歷程中未產生「抑制作用」。 三、 國、高中階段受試者雖皆呈現出「大鄰群」的「抑制作用」且未顯示「最高頻」因素的「抑制作用」,但兩者相較之下,可由Naming之實驗發現,高中生的漢字辨識歷程已更趨近於成人。

以類器官為轉譯研究模式探究乳癌標靶藥引發腸道副作用之機制與對應策略

本研究以腸道類器官(organoid)模擬體內環境,分析乳癌標靶藥物Lapatinib與Tucatinib對腸道產生副作用的差異。Lapatinib明顯抑制ileum及colon organoid的形成,其IC50低於Tucatinib約1000倍。其中Lapatinib特別對adult type organoid較具明顯抑制作用,顯示影響腸道上皮細胞的分化功能。以RNA seq 與Ingenuity pathway Analysis分析藥物對organoid中轉錄體表現的影響,Lapatinib 在colon organoid中增加腸道發炎、葡萄糖代謝異常、氯離子外流等基因群的表現,並降低crypt發展的基因群。其中,Lapatinib藉由增加Glut3的表現提高organoid對葡萄糖的吸收,此作用受到L-ascorbic acid (Vitamin C)抑制,亦增加GABA receptor 提高氯離子外流,顯示代謝與電解質失衡及發炎作用可能為lapatinib造成腹瀉的主因之一。以3D organoid為可信賴的轉譯研究模式,我們發現同屬HER2 tyrosine kinase inhibitor的Lapatinib與Tucatinib對腸道功能產生迥然不同的影響,並發現合併使用Glut3 inhibitor或GABA receptor antagonist可能可成為減緩Lapatinib副作用的對應策略。

以非金屬催化劑降解rPLA應用於合成類玻璃高分子

聚乳酸(PLA)為廣泛應用於冷飲杯之生物可分解材料。然而,在自然條件下完全降解PLA需至少80年。本研究可達到快速回收並即時轉化為高值化產品的目標。 本研究欲將廢棄PLA應用於Vitrimer的合成。第一階段實驗使用有機催化劑PLADEG醇解回收PLA,探討溫度、催化劑濃度、雙醇種類對降解效率的影響,並與其他研究的催化劑效果比較。實驗結果顯示:以莫耳數比例rPLA: diol:催化劑 = 1 : 6.45 : 0.25,在140°C時,30分鐘即可完全降解PLA。且減壓蒸餾所回收之雙醇與催化劑仍能用於另一批次rPLA之降解。 第二階段實驗以降解得到之乳酸雙醇合成類玻璃高分子。合成方法的第一途徑為利用乳酸雙醇、丙交酯、季戊四醇先進行預聚合,再利用雙異氰酸酯作為鏈延長劑。第二途徑則是加入丁二酸、季戊四醇先行縮合聚合,同樣再利用雙異氰酸酯作為鏈延長劑,探討反應過程。

Silver Moringa Cloth: Silver Nanoparticle Fabric Based on Moringa Extract (Moringa oleifera) as Antibacterial Against Methicilin Resistant Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus is addressed as one of the most common pathogens in hospital settings and in the community. This pathogen causes invasive infections, sepsis, and death. The emergence of antibiotic-resistant bacteria is due to bacterial mutations and the use of antibiotic drugs that are not by procedures. Resistance makes MRSA infections difficult to treat, resulting in high healthcare costs. These problems lead to an urgent need to find alternative drugs to control MRSA infection. Therefore, developing new drugs and procedures such as antibacterial nanoparticles, are particularly promising. Indonesia has many medicinal plants with antibiotic activity, including Moringa oleifera. Moringa oleifera contains several active compounds such as alkaloids, flavonoids, and saponins which are known to have antibiotic activity. Silver nanoparticles or AgNPs are currently used as antimicrobial agents because they are toxic to prokaryotic cells (bacteria) but relatively safe for eukaryotic cells. AgNP synthesis mediated by M. oleifera extract has the advantages of being non-toxic, pollution-free, and environmentally friendly. Sisal is a potential source of naturally derived fabric and a prospective source of multifunctional textiles. Recent studies have utilized and functionalized sisal to develop composite materials. However, functionalizing of sisal using nanosilver-based materials has not been studied yet. Bioactive chemicals from plant-extracted nanoparticles also provide additional antimicrobial properties. This study aims to produce AgNPs mediated by M. oleifera leaf extract and to analyze its antimicrobial effect on MRSA growth. The powdered Moringa (4g) was boiled with 100 ml of distilled water (550 C) for 15 minutes. The mixture was filtered through Whatman No 1 filter paper and store refrigerated. The nanoparticle was synthesized by rinsing sisal fabric cloth to several concentrations of AgNO3 (1mM, 10mM, and 20mM) with Moringa extract. Nanoparticle synthesis from AgNO3 done with the help of Moringa oleifera extract. The resulting AgNPs have MIC values (Minimum Inhibitory Concentration) and MBC (Minimum Bacteriocidal Concentration) of 1.25 mg/ml. The resulting silver nanoparticles showed antibiotic activity against MRSA with an average inhibition zone diameter of 15.677 mm. XRD and SEM studies are going to be held to support the data.

探討不同型態的海底峽谷對底棲動物群聚結構的影響

深海複雜多變的環境因子塑造了多樣的生態棲地,海底峽谷便是其中之一。全球9000個海底峽谷涵蓋了大陸斜坡總面積的11.2%,其中有6個峽谷分佈在臺灣西南海域。本研究結合作者出海採得的樣本與國內海洋研究所的採樣資料,探究西南海域高屏與枋寮峽谷的生態結構。 本研究應用生態統計分析,發現兩峽谷的主要差異為沉積物來源、粒徑分佈與物理性擾動強度不同,使兩峽谷的生物密度隨深度變化趨勢截然相反,生物組成亦存在顯著差異。接著藉由建立模型分析,驗證環境擾動與食物量為形塑區域性生態結構的主導因素,結果發現環境擾動對生物的影響幅度大於食物量,並討論了峽谷地形作為天然實驗室的潛力及未來研究發展。

奈米氧化鐵銅複合體應用於腫瘤協同治療

本研究結合奈米技術及生物醫學,創新以牛血清蛋白為載體,以一步法合成全新CuxFe3-xO4@BSA-IR780(CFO@BSA-IR780)多功奈米複合材料。材料鑑定由TEM、UV-Vis等儀器進行組成及性質分析。 材料中BSA賦予其優異水溶性;鐵離子有益在腫瘤觸發內源性H2O2產生活性極高的氫氧自由基,進行化學動力治療(CDT)。且光敏劑(IR780)讓材料呈紅色螢光,在近紅外光照射兼具光熱(PTT)與光動力治療(PDT)特性。 然而腫瘤內源性穀胱甘肽(GSH)過量會消除自由基,限制CDT/PDT效果。因此材料摻雜銅離子,藉氧化數變化增強療效。 後續更將CFO@BSA-IR780實際運用於细胞測試、螢光顯影與MRI檢測,確認低毒性、治療效果佳,並率先結合兩種診斷。成功發展具CDT、PDT、PTT及腫瘤顯影之多功奈米複合材料,以多種方式提升效率並降低傷害,提供醫學新興之藥物材料。

探討實際執行、動作心像、動作觀察與鏡像動作時之腦部活化情形

本研究以功能性近紅外光頻譜儀,探討雙側主要運動皮質(M1)、前運動皮質(PMC)及聯合動作皮質(SMA)等動作相關腦區,以實際執行(ME)、動作心像(MI)、動作觀察(MO)及鏡像動作(MVF)等模式執行上肢功能性前伸動作(Arm reaching)時,腦部之活化情形。研究結果發現「實際執行」、「動作心像」與「鏡像動作」執行時,動作相關腦區皆顯著活化,包含M1、SMA及PMC。且可觀察到執行「動作心像」、「鏡像動作」時之大腦活化模式與「實際執行」呈現相同趨勢。此結果可應用於臨床復健訓練中,對於上肢偏癱患者(如中風患者),建議使用「鏡像動作」模式訓練,而對於雙側皆有動作障礙之患者(如頸部脊髓損傷),可使用「動作心像」作為替代治療。

「噬」者生存—有絲分裂時,USP24的下降誘發細胞自噬,有利於基因體的穩定

抗藥性是癌症治療時的一大阻礙。如何解決癌症的抗藥問題是十分重要的議題。過去的研究指出在肺腺癌細胞株中USP24表現量在有絲分裂期間會明顯下降,但此現象之功能仍有待釐清。在本研究中,我們發現該現象會使TRAF6表現量下降,從而使Beclin-1表現量上升,進而誘發細胞自噬。另外,我們更發現了有絲分裂期的細胞自噬有助於減少DNA碎片,達到穩定基因體的功用。此外,在與抗藥細胞株比較時發現,上述誘發細胞自噬之現象在抗藥細胞株中明顯下降。因此,我們推斷在抗藥細胞株中有絲分裂期的USP24下降變少,細胞自噬被抑制,造成基因體不穩定,最後造成抗藥性的產生。綜上所述,我們的研究不只闡明了USP24的下降在有絲分裂期間是如何誘發細胞自噬,更說明了有絲分裂時的細胞自噬有助於基因體的穩定,從而在肺癌的治療中阻止癌症抗藥性的產生。

建立檢測化學壓力新型模式生物-大生熊蟲實際應用與耐受機制探討

本研究是評估大生熊蟲( Macrobiotus sp.)檢測小白菜混合化學壓力的應用潛能。目前已建立大生熊蟲檢測實際環境化學壓力方法,若以正常活動樣本檢測化學壓力需24小時獲得結果;但乾燥隱生樣本則能在2小時內獲得檢測結果,每週檢測1次,至少可重複6次檢測,所以隱生大生熊蟲最適合在符合生物倫理準則之下檢測化學壓力。 探討大生熊蟲檢測實際化學壓力時耐受機制,發現大生熊蟲在小白菜萃取液隱生時,其100、50與40~50 kDa蛋白質單體表現量顯著增加,另外自乾燥隱生恢復活動時40~50 kDa單體表現量亦顯著提升,未來將以LC MS/MS分析其蛋白質種類與功能。藉由加熱實驗的總抗氧化能力數據確認大生熊蟲能以酵素與非酵素抗氧化系統對抗實際化學壓力,未來將探討對抗常見抗氧化物質的單一酵素活性。目前尚未成功分析大生熊蟲常見抗氧化基因表現量,本研究會持續改良設計出合適的primer與目標基因黏合,分析表現量。檢測其脂質含量則發現,大生熊蟲在實際化學壓力下隱生、乾燥隱生以及自隱生恢復活動階段體內脂質含量顯著增加。

利用懸臂梁振動探討物體與黏滯流體交互作用力之關係

本實驗應用3D列印及機械機構設計簡諧運動機制,使懸臂梁(以鋁尺構成)與聚乙烯醇及水混合之黏性物質碰撞,以雷射位移計觀察和測量鋁尺振動波形的振幅,探討其週期振動。 實驗中,調整聚乙烯醇與水的混合比例改變其黏滯度,以單自由度運動方程式探討鋁尺於不同黏滯度下的運動行為,發現鋁尺黏滯時間、脫離黏膠的速度與聚乙烯醇的濃度呈正相關,代表可利用量測黏滯時間、脫離黏膠的速度推測物質的濃度。加速度因同時受時間、速度影響,不與聚乙烯醇濃度呈正相關。另外,以黏度計測量不同溫度、聚乙烯醇溶液濃度下的黏度,發現聚乙烯醇溶液在重量百分濃度15%至25%的區間中,濃度愈高、或溫度愈低的情況下,黏性愈強,且濃度高者隨溫度變化程度愈大。 此外,以快速傅立葉變換處理鋁尺在受不同黏滯度作用下的位移數據,發現位移波形為簡諧運動,其頻率由鋁尺共振的自然頻率組成,不因黏滯阻尼而改變。驅動以振動器試圖改變鋁尺振動頻率,發現鋁尺傾向振動的頻率為其自然頻率,符合以歐拉-伯努力方程式推導出的自然頻率。