全國中小學科展

2016年

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。

利用適合體金奈米棒修飾氧化石墨烯於癌細胞檢測

本實驗主要開發出快速簡單的癌細胞檢測系統。利用氧化石墨烯(graphene oxide, GO )搭配修飾上適合體(aptamer)的金奈米棒(gold nanorods, Au NRs),藉由適合體對於癌細胞的專一性鍵結,可以使石墨烯氧化物/適合體-金奈米棒(GO/apt-Au NRs)鍵結到癌細胞表面,由於金奈米棒本身具有很強的散射光,因而可以直接於暗場顯微鏡下,以肉眼觀察及辨認癌細胞。此方法具有快速、簡單、便宜和選擇性佳等優點,且搭配上不同的適合體,即可以選擇性偵測不同細胞,因此未來期望能夠開發為可市售的癌症檢測套組。

運用資訊熵以及動態結構描述的兩種象棋開局庫表示法之探討與實作

象棋程式主要都是使用評估函數搜索,但是搜索有一定的不穩定性。因此,它們大多會使用開局庫,避免在開局時搜索出不好的棋步,進而影響勝負。不過,一個完整、強大的開局庫通常會佔用很大的空間,而且在檢查、維護與修改上,均有一定的難度。 本研究分別運用靜態和動態結構兩種不同的方式來表示象棋盤面,藉此減少表示一個象棋局面所需要的空間。減少它的空間後,一個相同大小的開局庫中不但可以放入更多資料,增強棋力,而且在搜尋、檢查與修改上,都能夠顯著的增加效率。 使用這兩種新的編碼方法,可以把含有超過十萬局棋(上千萬個局面)的開局庫編碼成6MB的大小。而這個開局庫,不像傳統的開局庫,只要檢查到一個不好的著法,就可以迅速的把包含這個著法的局面全部刪除。另外,從這個開局庫也可以直接取得開局的棋譜。

泌乳素(Prolactin)對斑馬魚鈣離子平衡的影響

鈣離子在人類生理及代謝功能扮演著重要角色,已知泌乳素對哺乳類鈣離子吸收頗為重要。但在魚類生理上則缺乏這方面的研究。本實驗以斑馬魚為模式生物,探討泌乳素如何參與斑馬魚鈣離子的調控。實驗結果發現斑馬魚胚胎適應於不同鈣離子濃度中,泌乳素及其受體無明顯變化。然而將泌乳素基因弱化時,除鈣離子含量顯著下降外,鈉離子及氯離子含量亦顯著下降; 另外,泌乳素基因弱化會造成斑馬魚鈣離子通道、維生素D受體顯著上升,而降鈣素則顯著下降; 而鈣吸收細胞在發現泌乳素基因弱化後,細胞數量亦顯著下降。本研究結果可得知,泌乳素對鈣離子吸收具有相當程度的重要性,可能機制為泌乳素在上游端藉由調節其他賀爾蒙來影響鈣離子吸收。

用自行運動在資料庫中找出疏散星團

目前已被發現並編號的疏散星團已超過一千個,但據推測實際數量應有十倍乃至 更多,因此本研究利用 2012 年 8 月發表的 UCAC4 天體資料庫,並使用資料庫中星體 的自行運動、位置、各波段的亮度等數據,先對已知的 Hyades、M45、NGC752、NGC1039、 NGC2632 等五個疏散星團進行分析。我們製作各個星團的散佈圖及直條圖等,研究能 有效找出星團成員星的方法,再用我們所選的星團成員星重新計算星團的位置、星團 大小、年齡、距離等參數。 研究最後我們下載部分天區的星體資料,以自行運動搭配光度來篩選,嘗試找出 新的疏散星團,以驗證本研究的可信度。本研究的分析方法可從大多數已知有疏散星 團的天區內找出星團,不過我們發現將 Vmag 比 10 等暗的星點資料刪除後作成的圖表 最為準確,且由於分析方法和資料的精細度還不足夠,我們並未發現新的疏散星團。 本研究亦觀察到 UCAC4 資料庫在 NGC1039 附近的天區資料有異常的現象。

Schiff base核心超高幀數藍相液晶之合成與穩定機制研究

藍相液晶有別於市售顯示器面板的向列型液晶,擁有自組裝3D奈米級晶格,可達成高幀數(高畫面更新)優勢,而目前仍存在高驅動電壓和溫度不穩定等問題。 本實驗設計並合成有利於藍相液晶生成的分子,摻混適當旋光劑後,探討主體液晶中Schiff base及尾端不對稱中心對藍相液晶穩定之影響,以增廣藍相液晶溫寬為目標。 結果發現: 一、摻混ISO(6OBA)2旋光劑最多可使藍相生成溫寬由0.7℃增寬至14.8℃。 二、摻混S811、R811旋光劑至尾端消旋液晶效果較佳,誘導藍相至溫寬35.5℃。 三、Schiff base具有羫基形成水楊醛亞胺結構,產生較大偶極而穩定藍相液晶。 四、分子尾端若具旋光性,摻混S811後消旋而無法生成藍相;摻混R811與主體分子旋性相同而能拓寬藍相溫寬至26.3°C。 針對商業化需求,本實驗已解決藍相液晶普遍溫寬不足的狀況,合成出的小分子結構驅動電壓較低,並且能整合出穩定藍相溫度所需的最佳條件。

Rhodium-Catalyzed Enantioselective 1,2-Addition of ArylboronicReagents to α-Ketoesters using Chiral Diene Ligands

本研究是以「tert-butyl 2-oxo-2-phenylacetate 進行 1,2-不對稱加成製備成 tert-butyl 2-hydroxy-2,2-diphenylacetate之最適化實驗」做為實驗目標,在起始物的苯環上添加不同的取代基進行反應,以探討不同的 tert-butyl 2-oxo-2-phenylacetate 衍生物產率及鏡像超越值的差異。研究結果顯示,在以取代基位置為操作變因的實驗中,間位、對位擁有 48% 及 43% 的產率,鄰位產率則僅有 12% ,但鏡像超越值皆能達 >90% ee。由此可推論鄰位因有較大的立體阻礙,使得反應不易發生;間位雖比對位有較高的立體阻礙,但因與反應處相距較遠,故影響較小;而鏡像選擇性不受立體阻礙影響。為了使間位和對位反應的差異更為明顯,故決定在間位及對位以不同電子效應的基團做為取代基進行反應。研究結果也顯示,當間位具有一個拉電子特性的 CF3取代基,能使 α–ketoester 之加成產物產率>99%。未來若能進一步以更多不同的推拉電子基做為取代基,則可望使立體阻礙大小與推拉電子效應被量化,進而預測產率,協助進行最適化製備的研究過程中,更有效率的找到最適化條件。

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。

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.

以體外培養模式驗證魚鱗可作為細胞移植載體用於修復眼角膜內皮

研究目的: 探討魚鱗可否做為細胞移植載體以及其表面改良之方法,並了解相關之調控機轉。 研究過程: 魚鱗表面分別以纖維黏連蛋白、層黏連蛋白、第四型膠原蛋白或FNC® coating mix等胞外基質塗佈後,觀察B4G12細胞(人類角膜內皮細胞株)的貼附與增生是否有改善,並以基因微陣列探討FNC塗佈後對B4G12細胞基因表現的影響。 研究結果: 魚鱗表面塗佈能幫助B4G12細胞的貼附與增生,以交聯劑固定魚鱗表面塗佈不會影響其效果。基因微陣列、定量PCR與西方墨點法實驗結果顯示表面塗佈處理能1.上調整合素途徑以及其下游Wnt途徑的活化,有利於細胞增生、2.上調醣類代謝相關酵素(PFKP),使細胞有更高之代謝活性、3.上調與液體運輸相關的第12型碳酸酐酶 (CA12)。抑制ILK可下調CA12的蛋白質表現,顯示CA12之調控受ILK途徑影響。 研究結論: 表面塗佈後魚鱗可做為細胞載體。塗佈可活化整合素途徑,促進B4G12細胞貼附與增生。整合素徑亦可能經由調控CA12表現調節水分運輸。此外,表面塗佈亦可能經由上調醣類代謝酵素增加細胞代謝活性。 應用性: 此研究提供了一種創新的細胞載體及其改進策略,或可促進角膜內皮細胞療法之實現。