全國中小學科展

一等獎

推著離子跑

在本次實驗中,我們發現溶液中的帶電離子,會因為離子團的熱運動,和電偶極的庫倫吸引力(electric dipole)的交互作用下,使得電解質溶液的I-V curve(電流-電壓 曲線),具有類似磁滯曲線(Hysteresis curve)的效果,同時我們運用光學干涉的原理,證實此時在電場作用下,離子團會互相順著電場方向作條列鍵結,而加熱實驗也證實,熱運動會使溶液的I-V curve(電流-電壓 曲線)變的不一樣。另一方面,我們也發現,在給予電解質溶液一外加的衝擊電壓時,該溶液的電荷分布,?會因為彼此的互相擠壓以及自由擴散的作用下,而形成一震盪分布,其所顯現出來的,則是電壓的震盪變化。最後由於震盪波紋的變化,在起始時與中段之後有著明顯差異,我們對此變化提出看法和證實,相信內容是精采可期的! In this experiment, with the interaction of the heating action of ionic atmosphere and electric dipole, we find that ionic in the liquor makes the I-V curve in the electrolyte liquor show up with the effect similar to Hysteresis curve. Meanwhile, we practice the principle of interference to prove that at this moment, under the influence of electric field, ionic atmosphere will connect to each other in line following the direction of the electric field. It is also proven that in the heating experiment, heating action will make I-V curve in the liquor different.On the other hand, we also find with extra electric impact, the charge distribution of the liquor will form a oscillation, that is, the changes of the voltage oscillation under the inter-collision and the free spread. We offer our viewpoints and proofs about the obvious changes of oscillation wave in their beginning stage and after their middle stage. We believe that the marvelous content is surely worth of your expectation.

YWHAZ(14-3-3ζ)蛋白在肺腺癌細胞中可能活化Wnt路徑之探討

YWHAZ(14-3-3δ)蛋白被證實在肺腺癌中會引發上皮-間葉的轉變作用(epithelial - mesenchymal transition ; EMT)導致癌轉移,然而其分子機制卻不清楚。先前實驗室利用cDNA微陣列技術(microarray)發現肺腺癌細胞大量表現YWHAZ蛋白會導致Wnt訊息傳遞路徑之相關基因大量表現。因此,本研究目的是探討YWHAZ蛋白在肺腺癌細胞中是否會活化Wnt途徑而引發EMT。\r 本研究結果發現大量表現YWHAZ蛋白除了會增加細胞質中β-catenin的表現量,也會增加細胞核內 β-catenin 和TCF4 的蛋白表現量,並且在細胞核中與β-catenin和TCF4形成複合體;而臨床肺腺癌病患檢體中發現,相較於正常肺葉組織,YWHAZ蛋白與β-catenin在肺癌組織的檢體有較高的表現量,同時少部分會進入細胞核內。經由以上結果,我們推測YWHAZ蛋白可能會結合β-catenin與TCF4蛋白並活化Wnt途徑,因而引發EMT之產生,而促進肺癌轉移。說明YHWAZ蛋白有潛力成為日後診斷肺腺癌的指標蛋白(marker protein),同時亦成為治療肺腺癌的標的蛋白(target protein)。\r 重要性\r 1.提出YWHAZ可能在肺腺癌細胞中活化Wnt訊息傳遞路徑(Wnt signaling pathway)而導致癌轉移。\r 2.再度指出YWHAZ在腫瘤生物學的重要性。\r 3.對於肺腺癌轉移提供了臨床診斷及治療的另一種選擇 ─ YWHAZ。

「渦」藏「聖」機--以渦流脫離重新詮釋聖嬰發生的原因

If we place a block in continuous, steadily flowing water, some periodic eddy currents will appear behind it. In my report, I would like to introduce a new way to explain how the periodical movement of eddy currents would help to triggering El Nino. According to my experiment, these eddy currents have a certain life cycle, and the eddy current give a force, which drag water form the area they just went by. It will cause water level became lowest for a period of time. These phenomena are also shown in the real data of “Sea Surface Height Anomaly”, it is a quiescence period, and then changes into the highest one it is interesting that highest one always follows by the starting of El Nino. Another important result from my experiment is that, in the same fluid, the frequency of eddy currents is controlled by 2 variables: Size of the block and velocity of the flow, From this result, then get the frequency of eddy current-occur every 3.2 years. It is just correspond with frequency of historical data the El Nino from the 70’s to the present. 本報告嘗試以南極繞極環流在南美洲南端產生週期性渦流脫離的現象來解釋聖嬰的發生根據水槽實驗的結果,水流在通過障礙物後渦流脫離瞬間,會形成一水位低的空區,之後在周圍的水大量湧入,水位突然升高,並有一段時間的振盪。另外,實驗結果也顯示,渦流形成和脫離頻率大致上和注水流速成正比,且和障礙物的大小成反比。根據此結果,對照實驗結果,我認為1993 年3-4 月,1996 年1-6 月及2001 年7-10 月三個「海平面高度異常」的最低值密集帶,此極可能是渦流脫離的時段。且對照「海平面高度異常」實際資料後,發現「海平面高度異常」的「最低值密集帶」後均伴隨水面「寧靜期」,接著就出現周圍暖水流大量湧入的「最高值密集帶」,此時南美洲東南側海水溫度驟增,接著馬上接續著聖嬰的到來。「海平面高度異常」分析的結果,指示渦流脫離的「最低值密集帶」和顯示著聖嬰到來的「最高密值密集帶」間約間隔半年左右。我們推算水的史托爾數約為1,以這個值代入實際南極繞極環流通過南美洲南端,得到渦流脫離的頻率約每3.2 年一次,和長期聖嬰發生的平均頻率非常接近。

生生不息-正五邊形的繁衍及算術法則

This study was to explore the nature of two basic constitutes of the regular pentagon,With these two constitutes, the regular pentagon could be multiplied into any times in size. We used four multiplication methodsto show how the regular pentagon enlarge and to verify that the enlarged regular pentagons derived from computer did exist. By integrating these four multiplication rules, we were able to arrange regular pentagon of any length of side, and evidenced the equation was ( If m,n is the number of A,B of a regular pentagon respectively ) When we tried to verify if any regular pentagon could be constituted by other smaller regular pentagons, we found that it was un-dividable only if the length of pentagon side were (the number of A, B were the 2n and 2n-1 item of Lucas Sequence), otherwise, any regular pentagon is able to be constituted by other smaller regular pentagons. The divided forms could be multiple. We also found that any pentagon could be divided by two successive un-dividable pentagons, which is called “standard division rule”. We expected to derive all kinds of division by analysis of two successive un-dividable pentagons in standard division rule. 這個研究起源於一個拼圖玩具:利用兩種黃金三角形排出指定大小的正五邊形。我們的研究動機是:一、 假如無限量供應A 和B,能夠拼出哪些邊長的正五邊形?二、 哪些拼好的正五邊形不能拆成一些較小的正五邊形?我們將研究的主要結果分述如下:

「蟑」冠「裡」戴—蟑螂免疫系統之敵我辨識與記憶性等性質的探討

本研究建立蟑螂(Periplaneta Americana)之包囊作用(encapsulation)的觀察與測量方法,探討二氧化碳麻醉、植入物表面蛋白分子結構、可逆性與性別等因子,對免疫反應程度的效應,並研究敵我辨識與免疫的記憶性等特性。我們發現當異體的觸角被植入時,蟑螂體內所產生的包囊作用較自體觸角強烈,顯示具有辨識敵我的能力,且不同的生物性與非生物性植入物,所引發之包囊作用的反應程度亦不同。若分別先植入少量自體或異體組織,三日後再比較自體與異體觸角所引發的包囊作用程度,發現自體與異體組織的記憶效應不盡相同,我們證實蟑螂不但具免疫記憶性,且記憶性質具有促進性與抑制性兩種。另外我們也發現,雌蟲的免疫反應會大於雄蟲。

n x n 方格表中的計數問題

對4 × 4 方格表中計數問題的二個解題方法(1..解方程式的方法, 2.分割圖形的方法)作分析和研究後,首先我推廣分割圖形的方法來証明 : “好的n × n 方格表” 存在若且惟若n 為偶數。同時証明這種“好的n × n 方格表”內所有n2 個數的總和f(n) 為n(n+2)/4。當討論一般的n×m 方格表時,發現分割圖形的方法盲點,無法繼續推廣來証明。再經過深入分析與推廣解方程式的方法,藉由n×m 變數方格表,我們終於找到構造所有“好的n × m方格表”的方法。同時計算“好的n × m 方格表” (n≦m)內所有mn 個數的總和f(n,m), n≦7和証明好的nxm 方格表會有2(n+1)行一個循環的現象。We first studied two solution methods (1.solving equations,2.dissecting diagrams.) for calculations on 4x4 checkboard. Using the method of dissecting diagrams, we proved that``good nxn checkboard'' exists if and only if n is even. Furthermore, the sum f(n) of those n2 numbers in a ``good'' nxn checkboard is equal to n(n+2)/4.In studying the more general nx m checkboards, we found that the method of dissecting diagrams does not work, However, by extending the method of solving equations, and by considering nx m variable checkboards, we obtained a way of obtaining all ``good nxm checkboards.'' By way of computing the sum f(n,m) (n≦7) of those mn numbers in a ``good nxm checkboards,'' periodicity in every 2(n+1) rows is observed.

你在看哪裡--蝌蚪眼睛位置及其視野之研究

陸域草食性動物的眼居於頭兩側,有較寬的單眼視野以便於逃避攻擊;而肉食性動物的眼居於頭前方,立體視覺較佳,有較好的距離感以捕捉獵物。我們利用Geogebra軟體分析台灣33種蝌蚪頭部影像資料,定位出每種蝌蚪眼睛的相對位置,並以數學幾何方式描繪眼睛的視野範圍。 我們發現蝌蚪眼睛位置可依兩眼距離分為“側位”(23%)、“背側位”(67%)及“背位”(10%) 三種型態。側位兩眼距較大,背位兩眼距較小。蝌蚪眼睛視野則可分為“前視型”(42%)及“側視型”(58%) 二種型態,前視型雙眼視覺區較大,側視型視野範圍較廣。我們將眼睛位置與視野範圍的數據與蝌蚪的棲息環境、食性種類及演化分類等進行相關分析,結果發現:1.眼睛位置與棲息環境有相關,棲息越接近水面,為「側位」;棲息越接近水底或是密閉空間,為「背位」。2.視野範圍與食性種類有相關, 肉食性蝌蚪雙眼視覺角度較大,濾食性整體視野較廣。3.眼睛型態與物種演化關係大部分相符合,同一屬且生態棲位相似者,蝌蚪眼睛型態會相似,如台灣狹口蛙科Microhyla屬4種蝌蚪都是側位型;樹蛙科Kurixalus屬的3種蝌蚪都是背位型;但有些例外,如面天樹蛙眼位與同屬艾氏樹蛙不同,可能與生態棲位不同,而演化成不同的眼位有關。

宇宙演化的黑手

We study the effect of dark energy on the evolution of cosmic structure in a scenario where the dark energy is treated as free particles and thus can be localized. By theoretical derivation and numerical simulations, we found that: 1. The dark energy particles gain kinetic energy from a moving dark matter particle through gravitational interaction. Due to energy conservation, the dark matter particle will slow down with time Ek(t) = Ek0 - 9 × 10-5[|1+3w|ρDE]1.92t where Ek(t) is the kinetic energy of the dark matter particle,Ek0 is its initial kinetic energy, w is the coefficient of equation of state for dark energy, ρDE is the mean energy density of dark energy, and t is the time. 2. The formation history and structure of galaxy clusters are different in the presence of localized dark energy. The more the localized dark energy, the earlier the formation of the cluster core. In addition, the kinetic energy Ek(R) as a function of R will be different if the ρDE is different. Thus we can compare the observed Ek(R) of clusters with our results to deduce the ρDE in our universe. The results here can be applied to the observations in the near future. 我們探討宇宙結構演化受到可局部叢集之黑暗能量粒子的影響。藉由理論推導及電腦模擬,我們發現: 一、黑暗能量粒子會透過重力交互作而從運動中的黑暗物質粒子獲得力學能。因力學能守恆,黑暗物質粒子的速率會減慢,滿足 Ek(t) = Ek0 - 9 × 10-5[|1+3w|ρDE]1.92t 其中Ek(t) 為黑暗物質粒子的動能,Ek0 為其初始動能,w 為狀態方程式係數,ρDE 為黑暗能量的平均密度,t 為時間。 二、星系團的形成過程及結構,會因可局部叢集之黑暗能量的存在而改變。黑暗能量越多時,星系團的核心會越早形成。而且動能 Ek(R) 隨著至星系中心距離R 的變化,會因 ρDE 的不同而不同,因此可以將量測到的 Ek(R) 和這裡的結果比對,推導出宇宙中的 ρDE 。 這些研究成果將可直接應用在未來的觀測結果上。

『凍』人心『鹹』,『黃』金Style~以冷凍凝膠法創作速成鹹蛋黃之新『蛋』生

蛋黃酥所使用鹹蛋黃來自於鴨蛋鹽漬而成,取出鹹蛋黃剩餘之蛋白因鹽度高,無法再利用只能拋棄相當不環保,本實驗利用將蛋冷凍再解凍以分離出蛋白及蛋黃,蛋白可加工再利用,凝膠蛋黃則可鹽漬成鹹蛋黃。結果發現蛋黃在-18℃冷凍3天可完全凝膠,以30%食鹽水鹽漬40-60分鐘,其鹽度已與市售鹹蛋黃相當。在喜好性感官品評發現,鹹味、口感及整體喜好性均與傳統鹹蛋黃相似。解凍蛋白製成蛋糕在喜好性感官品評發現,色澤及口感評分最高優於新鮮蛋白,在香味及整體喜好性則與新鮮蛋白無差異。速成鹹蛋黃僅須1/10生產時間且蛋白可回收再利用並減少鹹蛋白廢棄物。

探討在不同組織表現LWD1/2基因對阿拉伯芥生物時鐘的影響

阿拉伯芥中,生物時鐘 (circadian clock) 會產生 24 小時之概日韻律 (circadian rhythm) 使植物適應環境中的溫度與光線變化。在阿拉伯芥中目前已經發現 LIGHT-REGULATED WD1 (LWD1) 和 LWD2 基因和調控生物時鐘有關,使其維持正常的一天 24 小時週期。當 LWD1 與LWD2 基因產生突變時,植物的生物時鐘週期會由一天24小時變為一天只有18小時。之前研究結果顯示 LWD1/2 會在維管束大量表現,由於目前對於維管束生物時鐘之運轉機制所知甚少,因此我們希望能進一步研究 LWD1/2 與維管束生物時鐘間的關係。 為了解 LWD1/2 在維管束中表現是否與其功能相關,我們將此兩種基因接上只會在維管束或葉肉細胞中表現的啟動子,轉殖入 lwd1 lwd2 雙突變株中進行互補試驗 (complementation test);藉由觀察生物時鐘週期是否從 18 小時恢復為 24 小時,以了解這兩個基因的作用位置及功能。由實驗結果來看,我們發現不論是單獨在維管束或是葉肉細胞中表現 LWD1 或 LWD2 基因,皆會影響到阿拉伯芥的生物時鐘,整棵植株表現出的綜合週期,介於野生型 24 小時與 lwd1 lwd2 雙突變株 18 小時之間。這個結果顯示,不同組織之間的生物時鐘可能不會互相影響;而 LWD1/2 雖於維管束中有較高的表現量,但仍需要在葉肉細胞表現才能具備完整功能。