全國中小學科展

2017年

新興汙染物銦對阿拉伯芥生長之影響 Physiological and Molecular Response of Arabidopsis thaliana to Indium Exposure

銦之化合物常被應用於半導體產業當中,隨著使用量的增加也提高銦污染流佈於環境的風險,若此污染物流布至土壤並累積於植物體內,則可能通過食物鏈而影響人體的健康。現今國內外鮮少有銦對植物影響的相關研究,因此本研究以培養基試驗,探討銦對模式植物阿拉伯芥生長之影響。結果顯示,當銦處理濃度為500 µM時,其生質量以及根長會受到抑制。MDA含量的增加,顯示銦會對阿拉伯芥造成氧化逆境,而穀胱甘肽與金屬螯合素並非阿拉伯芥在銦逆境下主要的抗氧化機制。本研究亦發現銦處理下會影響對錳、鉀、鈉、磷、鐵、錳、銅以及鋅的吸收。此外,X光吸收光譜分析顯示根部以及地上部中銦物種有明顯組成上的差異。於根部有42.9%的銦是以吸附於細胞壁的形式存在,這可視為植物對重金屬所採取「隔離」策略的防禦方式之一。

英文篇章難易度自動分級之研究

以製作適合高中生的英文篇章難易度自動分級為初衷,本研究採高中英文課文為語料,針對「如何分級」,意即從文章萃取哪些特徵、利用何工具或語料協助萃取特徵、以何工具分級等因素,進行研究與實驗,並建立一套新方法。首先進行前處理,再嘗試以單字、句型的數量或比例、句長、音節長、整合以上分析等各式特徵,支持向量機(Support Vector Machines)、隨機森林分類器(Random Forest Classifier)、決策樹分類器(Decision Tree Classifier)、卷積神經網路句分類器(Convolutional Neural Networks for Sentence Classification)等工具,進行將篇章分為高中一、二、三年級等三個難易度等級的測試,建立自動分級模型。最後製作成可供大眾使用的自動分級網頁。各項測試之中,最佳分類效能為整合各項特徵時得到的分類正確率65.04%,經模擬得知,此效能較過去研究,已有所提升。

金山神祕海岸浮石事件解密

浮石是一種多孔的火山碎屑岩,氣孔佔總體積很高的比例,因此能浮在水上。本研究針對臺灣新北市金山區神祕海岸所出露沉積層中的浮石進行探討,藉由閱讀文獻、實地考察、採樣、實驗分析等方式,來瞭解浮石的化學組成、礦物種類及可能形成機制與搬運途徑。依照化學成份分析及礦物種類比較結果顯示神祕海岸的浮石與日本、菲律賓的浮石較無關聯,最可能是來自台灣地區並由台灣北部大屯火山系或觀音山噴發所造成。至於其搬運方式,沉積物粒徑大小分析的結果顯示浮石是經由力量強大的海洋搬運作用攜至當地沉積。綜合上述,我們認為金山神祕海岸的浮石最有可能的生成方式為:1867年,由與大屯火山有相同岩漿系統的海底火山噴發出,接著此火山爆發所引發的海嘯將浮石帶至神祕海岸進行沉積。

以蛋白質體學方法鑑定人類肝癌細胞經蕾莎瓦治療之預後的潛力生物標記 Identification of Potential Prognostic Biomarkers in Hepatocellular Carcinoma Cells Treated with Sorafenib

肝癌是死亡率極高的癌症。目前並無非侵入性方法判斷標靶藥物治療效果。蕾莎瓦(Sorafenib)是一種使用於肝癌晚期治療的標靶藥物,但有些病患在治療過程中會出現抗藥性,因此可預測蕾莎瓦治療效果的生物標記相當重要。 血液中的生物標記可及時追蹤疾病進展與預後之評估。本實驗利用質譜法鑑定分析在肝癌細胞(HuH7)中加入蕾莎瓦模擬治療後肝癌的分子機轉,並透過生物資訊軟體了解蛋白質在HuH7細胞中所扮演的角色。我們發現Galectin-3 和HMGB1可能參與腫瘤細胞的增生和遷移,以西方墨點法觀察其表現量,發現Galectin-3 和HMGB1在受到藥物處理後,表現量皆有下降的情形。 蕾莎瓦可抑制B-RAF激酶進而阻斷MAPK pathway。MAPK pathway又可分成ERKs、JNKs和p38/SAPKs三類。為確認Galectin-3之訊息傳遞路徑,將蕾莎瓦和ERK抑制劑處理細胞,發現Galectin-3的表現量隨著時間而下降,證實Galectin-3的表現會受到ERK路徑調控。 Galectin-3與 HMGB1是極具潛力的生物標記可應用於蕾莎瓦的治療,希望這些生物標記可以應用在臨床上。

多方塊的塗色問題

在本篇研究報告中,主要討論一個關於多方塊的問題:給定一個多方塊,試找出n的最小值使得在無限大的棋盤上,可以塗上n種顏色並且使多方塊沿格線無論如何放置,都不會蓋到重複的顏色。一開始先以V形三方塊的情況開始討論,之後將單方塊至五方塊的所有情況都有系統地討論完畢。 為了給出顏色數的估計,考慮同時適用於所有k方塊的情況。也就是說,要找到一個塗上n種顏色的無限棋盤使得無論任一個被選定的多方塊怎麼被放置在棋盤上,都不會覆蓋到相同顏色的格子。本篇研究成功地給出了此問題的精確解。 除了上面一種估計之外,本篇研究也考慮了矩形多方塊的顏色數,並試圖以之給出所有多方塊所需的顏色數之上下界。最後我得到k方塊所需的顏色數至多為8(k+1)2/25.

故態復「蒙」,「日」新月異-Monge's theorem的性質探討與推廣

本研究以蒙日定理「平面上三圓彼此的外公切線交點共線」及其對偶定理「平面上三圓彼此的內公切線交點與另一圓的圓心的連線共點」出發,探討三圓更多由內、外公切線所產生的共點共線性質,進而探討四圓以上的情形,以及正多邊形、圓錐曲線等位似圖形,並推廣至空間中的球體。正如本研究作品名稱,我們將鮮少人研究的蒙日定理萌發出新枝,在日夜中茁壯,甚至最後有驚人的發現「在空間中n個外離的球,任意1個球的球心與另n-1個球的蒙日點連線會共交一點,此點稱之為n球的蒙日點」,此「點」發現,讓人不禁對宇宙中星體之間的關係產生更多無限的想像。

以線蟲動物模式評估漸凍人症之運動障礙

本研究探討TDP-43突變之漸凍人症(ALS)線蟲模式中的BLMP-1與其運動障礙之間的關係。在ALS患者的運動神經元內,Fas 訊息途徑活化之ASK1激酶被證實會導致軸突運輸障礙。在長壽漿細胞中,有研究發現BLIMP1可調控ASK1之表現。因此,本研究推測在TDP-43突變線蟲運動神經元中,BLMP-1(人類BLIMP1之同源蛋白質)會降低NSY-1(人類ASK1之同源蛋白質)表現,間接證明提升BLMP-1量有助改善癱瘓症狀。 本研究藉降低NSY-1表現的方式,分析線蟲之癱瘓程度與運動動能驗證Fas訊息途徑在線蟲中亦對運動功能障礙有顯著促進,確認其作為本研究模式生物之合理性。此外,將其側腹神經索中的BLMP-1表現量下降,發現其運動功能急遽惡化。最後將兩基因之表現量下降,則運動功能改善。 本研究首度證實線蟲之BLMP-1能有效的阻礙NSY-1所造成之運動障礙,且降低BLMP-1表達量會加劇其癱瘓症狀。此研究之發現對SOD1突變引起的ALS治療提供一個新研究方向及治癒的可能性。

電場中的小晶靈-高電壓電場中液滴的結晶現象

本研究設計相機-顯微鏡-玻璃座平行銅片電場裝置,拍攝鹽類液滴在高電壓電場中的結晶現象,並以色階曲線為基礎,發展出SCL值,來偵測晶體表面的性質。實驗先找到能讓晶體成長趨向單顆且高透明的條件為:加蓋(低蒸發速率)、過濾、無施加電場與低熱LED光源。並應用蒸發速率差異,發現食鹽晶體的變速成長現象。蒸發快會形成階梯螺旋紋,蒸發慢,紋路消失,變成全透明晶體。將這裝置轉放在高電壓電場下可發現:晶體形狀發生改變(晶體傾斜或碎晶),透光度變差(SCL值變小),可觀察到新生晶體邊緣,有條狀暗紋出現,但晶體成長速率變化不大。鹽晶析出反應會因些微的外在變化,而影響溶液中離子堆疊,在晶體表面出現陰影或不規則紋路。這種對外在環境有著高度反應的現象,可以透過反應位能曲線圖來解釋,正可以用來研究外界高壓電場如何對物質發生影響。

Green Wastewater Treatment: Using Graphene Oxide produced from Date Pits to Degrade Organic Dyes via Novel Microwave Technique

Water treatment is considered as one of the top research priorities in Saudi Arabia. It has been reported by World Health Organization that, 50,000 people die every day from diseases caused by contaminated water. This research attempts to degrade organic pollutants present in wastewater by using Graphene Oxide synthesized from Saudi natural source. Physical activation of date pits was carried out by carbonizing the samples at different temperatures to produce active carbon. Hammer’s method was employed for the purpose of Graphene Oxide production. The resulted Graphene Oxide has been characterized using FT-Raman, XRD and SEM techniques. Methylene Blue (MB) dye was used as a model organic pollutants to examine the ability of Graphene with the aid of a microwave-system to remove such pollutants. A modified domestic MS furnace with a variable power was used to supply microwave energy. The MB solution 2.5x10-6M was mixed with 0.1gm of Graphene Oxide. The applied microwave power was ranged between 100 to 700 W and the time was set between 0 to 12 minutes. The samples were centrifuged and then filtered through a millipore filter to remove the Graphene Oxide dispersed particles. It is found that, 98% of the initial concentration of MB is removed effectively within 12 minutes under microwave power of 500 W. Chemical oxygen demand is shifted from 450 to 87 mg/L while biological oxygen demand was decreased from 270 to 12.8 mg/L which indicating the degradation of organic constituents. This method can be used for water purification from organic pollutants.

三角形與其外接錐線的生成錐線性質探討

本研究源自三角形的重心及其外接圓所構作的線段比值的古老幾何性質,我們不但推廣原命題,還創造新命題:給定△ABC與其外接錐線Γ,令直線AG, BG, CG分別交Γ 於 A', B', C' 點,再取任意k值,探討P點集合的性質。 Γ3, k={P|AA'/PA' + BB'/PB' +CC'/PC'=k} (1)Γ3,k為二次曲線系,其橢圓、拋物線、雙曲線之形態不因k值而改變,而是被外接錐線Γ所決定。 (2)發現△ABC重心 G、Γ中心O、Γ3,k 中心O3,k 的共線性及比例常數。 (3)完整劃分 Γ3,k的非退化與退化型態,並發現只有Γ3,k 為橢圓時,k 值有跳躍現象。 (4) 發現錐線Γ上取相異六點而生成兩個錐線Γ3,k、Π3,k重合的充分條件。 最後,我們以「錐線 Γ 上取一點、兩點到多點」的線性組合手法,推廣多邊形與其外接錐線的生成錐線Γn,k之性質。