全國中小學科展

2016年

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。

Chlorambucil類似物的設計合成 比較新的合成物與傳統化療藥物對DNA鏈內交聯的能力

癌症的化療藥物常藉由DNA 鏈間交聯造成癌細胞的凋亡,如瘤克寧錠,一種苯胺氮芥的抗腫瘤藥物,雖在臨床上已廣泛使用,但仍有以下缺點:進行交聯時,會造成DNA的彎曲;易被水解;成功的交聯機率很低。造成這樣的主因是其兩個氯間的距離為7.2 Å,比DNA的鏈間距離8.9 Å短。為提升鏈間交聯的反應速率,本研究參照了瘤克寧錠的結構而進行改良,使氯間的距離增大為8.9 Å,並成功合成設計的分子--COOH-SW。接著透過導入鳥嘌呤四股去氧核醣核酸 (G-4 DNA)導引基團 (BMVC),以BMVC-C3M (傳統架橋距離)與BMVC-SW (增加作用端的距離)比較架橋距離對交聯能力的影響。 透過與不同 G-4 DNA 結合後DNA 熔點的測量、圓二色光譜、吸收光譜及螢光光譜的變化,得知 BMVC-C3M 與 BMVC-SW 對於 G-4 的非共價結合能力相當;進一步利用變性膠體電泳及化學足跡法分析,可以知道其與 G-4 的烷基化能力也相當,且作用在附近的鹼基上。最後利用質譜比較鏈內交聯的能力,由結果得知,增加作用端的距離確實能有效改善鏈內交聯的能力。未來期望探討實際上對於癌細胞的抑制活性,希望能改善瘤克寧錠在傳統應用上使用的困境。

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。

命中「助」定-間接互助模型的探討

每個人都有需要幫助的時候,當你遇到一個需要幫助的人,你會如何反應呢?有些人總是樂於助人,有些人選擇獨善其身,有些人則是會先觀察對方是什麼樣的人再做決定。這些不同的決定會交織成出什麼樣的故事呢? 我們假設社會上有三種人: 總是願意幫助別人的Cooperators、永遠不幫助別人的Defectors、依據人們過往的行為來決定是否幫助對方的Discriminators;由於cooperator和defector的行為是固定的,顯然discriminator的助人行為會有決定性的影響,因此我們從學者Berger的論文出發,修改discriminator決定是否幫助他人的判斷準則,架構了兩種間接互助模型並與Berger(2011)的工作做比較,觀察這些改變的影響,計算三種人的比例與彼此幫助率的關係。 Discriminator遇到不同的人會有不同的決定,隨著時間的推進,Berger在論文中已證明了他們的行為會趨於一致,並提出一種演化機制,探討三種族群之間的流動。那麼在我們提出的兩種模型中,discriminator的行為是不是也會趨於一致呢?因此我們證明了discriminator助人行為的收斂,也提出了一個新的演化機制,試圖用不同的觀點詮釋三種族群間的流動。 在我們的互助模型中,當使用Berger(2011)的演化機制時,演化行為只受discriminator佔全體比例的大小影響;然而若使用我們提出的演化機制,不論discriminator的比例為何,演化行為只會由 cooperator與defector 的比值決定。如此,我們便能刻劃出:可以使模型中所有的人至終演化成為 cooperators,理想中大同世界的範圍。

聚光型手電筒室內戶外LED遙觸控技術

隨著LED的發展及抗環境能力強,各式各樣的戶外LED顯示裝置有如雨後春筍般出現,然而這些遠端LED顯示裝置,目前都只有顯示功能,不能與使用者互動,實在可惜! 本文利用LED光伏特效應,實現LED光遙觸控功能,提供人性化方式和這些遠端LED顯示裝置互動。我們共提出了三點設計: 1. 提出『脈波式聚光型手電筒』,並設計偵測電路,使得室內與室外都可以實現光遙觸控。 2. 針對遠端單顆、多顆鬆散分布、多顆緊密分布的LED裝置,提出各種連線方式的量測與建議,以減少線路接線。 3. 提出三種應用以實現遙觸控開關、點選、暫停播放、拖曳移動等功能。

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。

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。

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。

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。

液體膜電動機之性質與泛用性研究

若對肥皂膜通過電流,並在垂直電流的方向加高電場,只要電壓與電場超過閾值,就能夠在肥皂膜上產生旋轉。 我們的目標是製作能穩定運轉的液體膜電動機,同時持續改進精確度及操作便利性。我們調配溶液,並用電阻法測量厚度控制變因。攝錄影片匯入Tracker追蹤,分析旋轉性質。 我們了解到角速度與外加電場呈線性正相關,也了解旋轉半徑與角速度成負相關。我們認為是界面活性劑離子在電場中運動產生的效應。然而,驗證實驗卻推翻了我們的假設,不僅加入電解質沒有改變角速度,甚至純水膜也能夠旋轉,證明離子並非運動來源。 因此我們改從水分子偶極切入,通電的液體膜其實類似介電質,會因電容充電導致電極化,使液體膜上出現電荷分離,因外加電場的作用產生力矩而旋轉。此假說能夠解釋我們所有的實驗結果,我們也希望未來能立基於此,對液體膜電動機的應用領域進行實驗與研究。