全國中小學科展

2016年

Bubble film with vortex

A simple and cheap bubble film experiment system was constructed by us. Although it is simple, it can observe the phenomenon similar to those observed in the wind tunnel system or PIV system. But because of gravity, bubble film become a little more complex. We programed some codes to analyze the data and showed bubble thickness is proportional to the Reynolds number. The low frequency sound can make bubble film rotate. And we also study the wing’s attack angle, from 0 to 75 degree with interval of 15 degree, discovering the 15 degree is the best flying attack angle.

吸收紫外光之透明有機薄膜太陽能電池

透明有機薄膜太陽能電池,有別於目前市售深藍黑色太陽能板,因其吸光範圍在不可見光區,使其外觀呈透明無色。若發展得當,便可應用在日常生活中,將玻璃更換為透明有機薄膜太陽能電池,廣泛利用再生能源。 本研究中,我們以旋環雙芴為主體,分別引入二苯環胺基、1,3,4-噁二唑雜環,合成 D2、A2分子作為透明有機薄膜太陽能電池的主動層。測量其溶液態的基本性質後,發現 D2、A2的吸收波長皆落在紫外光區。作為有機太陽能電池元件的主動層,不論是 D2 和 C60 搭配,或是 D2 和 A2 搭配,皆具有極佳的穿透度,並且太陽光下光電轉換效率最高可達0.52 %,弱光下的光電轉換效率可高達15.6 %。

攜手共解圓-扭結理論之探討

此篇研究發現在任何一個結中,都可以利用「牽手順序」和「交錯點編碼」兩種結的資訊直接看出一結化簡後的圖形。利用從「Reidemeister moves」所衍伸出的四種化簡方法{α, β, γ, δ}能更有效率的簡化結,並證明只需{α, β, γ, δ}就可化簡任何結,也利用{α, β, γ, δ}來驗證HOMFLY多項式是結不變量。由圖形及結的資訊我們發現,可使用「牽手順序」和「交錯點編碼」,搭配所討論出{α, β, γ, δ}的通式,依照步驟及通式簡化任何結。 本篇最重要的成果為:只需利用{α, β, γ, δ}即可化簡所有的結,而且比Reidemeister moves更有效率,因此可用{α, β, γ, δ}取代Reidemeister moves。 不管是一個封閉曲線或是兩個以上封閉曲線,都會遵守前述的規則,可利用{α, β, γ, δ}簡化圖形。文中也討論了較特別並具有規律的結──「星星結」,發現星星結只需使用「牽手順序」即可簡化,最後利用星星結的結論,發展出牽手遊戲中特殊的牽手遊戲情形。

建立細菌系統的雙分子螢光互補試驗做為α-突觸核蛋白聚集抑制物篩檢平台

帕金森氏症(PD)是一種慢性中樞神經系統退化性疾病,患者臨床症狀包括靜止時震顫、動作遲緩、僵直及黑質緻密部多巴胺神經元的漸進性退化等。PD的主要病理特徵為多巴胺神經元中出現包含α-突觸核蛋白(SNCA)錯誤摺疊、聚集的路易小體。雖然PD的治療方法包括給予左旋多巴或其他藥物、物理治療、手術等,至今尚未有根治的方法。本研究建立雙分子螢光互補試驗與蛋白質摺疊報告者試驗兩種原核細胞平台,作為篩檢可幫助α-突觸核蛋白摺疊的化學伴隨蛋白平台。雙分子螢光互補試驗是將Venus黃螢光蛋白改進版切開成N端(VN1-211)及C端(VC212-239)二段,分別接在SNCA的N端(VN-SNCA)或C端(SNCA-VC),原本沒有螢光的片段可藉融合的SNCA聚集的再組裝而出現螢光。當構築的VN-SNCA and SNCA-VC質體共表現於大腸桿菌後,蛋白質染色及免疫轉漬可偵測到表現的VN-SNCA、SNCA-VC蛋白,並出現伴隨著SNCA聚集所導致的互補螢光。我們以可干擾SNCA聚集的海藻糖來測試此聚集抑制物篩選平台,發現在不影響大腸桿菌生長的狀況下,海藻糖的濃度與螢光下降程度呈正相關,推測因其能減少SNCA聚集,導致螢光分子互補的機率下降。蛋白質報告者試驗是將野生型(WT)與突變型(35/46/61 E-to-K)的α-突觸核蛋白與綠螢光蛋白的融合蛋白(SNCA-GFP)分別表現於大腸桿菌,突變型的α-突觸核蛋白的傾向錯誤摺疊,會影響融合的綠螢光蛋白摺疊,而導致綠螢光下降,而海藻糖的化學伴隨蛋白活性可幫助突變型的α-突觸核蛋白摺疊,因而改善融合的綠螢光蛋白的摺疊,導致綠螢光上升。未來我們用此兩種原核細胞平台,來篩檢可幫助α-突觸核蛋白摺疊的新穎化學伴隨蛋白。

A STUDY ON TRADITIONAL ARCHITECTURE IN ITANAGAR CAPITAL COMPLEX AND TO IMPROVE A MODIFIED TYPOLOGY FOR A CLIMATE RESPONSIVE CONTEMPORY HOUSE

The lifestyle of the Arunachal Pradesh rural population demonstrates the example of sustainable living where bamboo plays a major role. Bamboo has its home in this tropical climate region of India. In order to understand various aspects of traditional bamboo constructions, a field visit was made to Rono, Emchi, Lekhi villages and Karsingsa, Pachin, NEEPCO areas. The paper studies the patterns affecting the housing styles of these regions, the traditional method of construction including bamboo treatments. Various parameters which are required to be considered for constructing a house are also studied. It has been found in the field survey that the utilization of bamboo is mostly in wall panels, columns, floor, door and windows. The question posed here is whether tradition houses perform better than a typical contemporary house in creating comfortable internal conditions. And if they do how it is possible for the contemporary house to benefit from the advantages presented in the design of the traditional house in terms of thermal performance. The results indicate that improved performance might be achieved by combining selected lessons from the traditional design e.g. improved shading, regional variations in window size related to orientation and adoption of adjustable ventilation and window openings.

小兵立大功-發現日常生活中可抑制腦癌細胞之植物萃取物

本實驗藉由「篩檢抑制癌細胞增長的藥物」來尋找可以抑制癌細胞生長的植物萃取物。我們希望從日常生活中唾手可得的蔬果類植物中尋得抗癌藥物。曾經在生物課聽老師提過,紫衫中的紫衫醇可抑制乳癌;由此我們產生一個想法:是否從日常生活中的植物中也能找出有效抑制癌症的成份?因此便著手進行。先從尋找相關論文、蒐集植物,經由萃取、篩檢四種蔬果類的不同部位之水粗萃物或酒粗萃物,我們得到三種蔬果類可有效抑制腦癌細胞的增長。之後選出實驗效果較為顯著兩種水粗萃物進行西方墨點法,初步確認影響腦癌細胞生長的可能機轉:Akt以及Erk;實驗過後發現以上有兩種水粗萃物能透過這兩種訊息傳遞分子影響細胞生長。最後再進行高效液相層析法,期望能夠找出抑制腦癌細胞生長的物質。日後希望這部份的實驗能完整,以期最後的成果。

恆星風對行星環境的影響

本研究採用克卜勒任務的分批資料,藉由仿作前人手法,嘗試將已被認為有行星環繞的系外恆星Kepler-22和Kepler-452的不同觀測階段的光變曲線連接在一起,獲得較為長期的觀測資料,以確認它是否被行星環繞著。再從分析數據的過程中,為尋找外星生存環境建立基礎的探究能力。透過分析 Kepler-22和Kepler-452 光變曲線及假設它們與它們的行星的密度已知狀況下,可以得知系外行星 Kepler-22b 的公轉繞行週期為290 天、Kepler-22b 半徑為地球的√7 倍、Kepler-22b 質量為地球的16倍、公轉軌道半長軸約為1AU。系外行星Kepler-452b 的公轉繞行週期為385 天、Kepler-452b 半徑為地球的√3 倍、Kepler-452b 質量為地球的5倍、公轉軌道半長軸約為1.04AU。系外恆星Kepler-22的自轉週期為 21 天、年齡為四十億年。這些參數有助了解這個系外恆星系統的結構,並在研究出結果後可以做為了解太陽系過去與未來演變的參考。

正多面體之皂膜最小表面能之探討

本研究旨在探討肥皂泡膜在正立方體所產生之皂膜形狀,以物理表面張力及數學最小曲面來作分析。在皂膜實驗中,我們分別控制模型大小、溫度、皂液濃度及傾角來觀察皂膜形狀的形成時間及現象。在數學論證當中,我們利用數學軟體Geogebra 5.0幫助我們進行皂膜最小表面積的計算及模擬。最後提出現象解釋及應用。 本研究創新之處在於以數學動態軟體模擬並解析物理實驗,以更精準地計算進行皂膜形成的力圖分析。並解釋先前數學理論研究[3]與物理實驗及現象之間的差異。此外,我們亦將進一步改進實驗技巧,以利實驗與理論的對照與分析。

自行車離心自動變速器

本研究將離心力的概念導入變速機構中,設計—機械式自行車自動變速器,以達成自動變速的目的。在自行車變速系統中加上配重、凸輪和槓桿組合成一離心機構。從初步的機構模型實驗後得知,車輪轉速變快,配重承受到的離心力越大,配重的位置改變去推動凸輪帶動變速器作動,將鏈條推向小齒輪方向,變速到較高的檔位,踏板變重,避免發生速度過快而踩空的情況,反之當車輪轉速變慢,配重因承受離心力降低而被推回靠近軸心的位置,凸輪跟著被推回,變速器將鏈條拉向大齒輪,進而變速到較低的檔位,達到離心力驅動變速的效果。道路騎乘實驗中可知,裝有離心自動變速機構的自行車,在上坡時能依據踏板速度降低檔位,讓騎乘者可輕鬆完成上坡工作;下坡時則會變速到較高檔位,避免發生踩空情況;平地加速時,檔位也會處於較重檔位,達到準確變速輕鬆騎乘的目的。

利用硫醇分子合成之金銅奈米團簇偵測過氧化氫及葡萄糖

本研究的方向是利用聚苯乙烯磺酸鈣(PSS)、硫醇小分子(PA)、銅離子(Cu2+)和金離子(Au3+)於最佳比例下合成的穩定金銅奈米團簇,分析此穩定、具有響應性之金銅奈米團簇並探討此系統用於過氧化氫以及葡萄糖偵測的效果,確認最佳合成比例(也就是改變PA、Cu2+、Au3+的比例)、分析特性(螢光強度、奈米團簇大小、團簇溶液分散性、有無加入PSS之影響)後,探討偵測待分析物的效果。以葡萄糖為例,加入葡萄糖氧化酶後,製造出葡萄糖酸及過氧化氫,就能藉由過氧化氫改變團簇表面特性,使螢光強度減弱來進行間接偵測葡萄糖濃度。最後藉由此金銅奈米團簇做為偵測試劑於真實樣品中進行過氧化氫與葡萄糖之偵測並探討其效果。