全國中小學科展

2017年

行動工具鼠

滑鼠的問世是電腦史上的重大發展,其關鍵設計是以編解碼技術與影像辨識技術,來判斷滑鼠的移動與方向。本作品「行動工具鼠」的最初設計構想是利用滑鼠滾輪滾動的編碼機構與技術,應用圓周運動相對於距離移動的概念,再將滑鼠滾輪的圓周長,乘以滑鼠滾輪轉動圈數,即可得知滾動的距離;若再以單位時間,除以當下所移動的距離,即可得知即時的移動速度。作品更新版,第二代的設計策略,是利用滑鼠內光學鏡頭IC,以非接觸的方式來偵測滑鼠移動的距離。目前最新的設計,是以無線滑鼠,接上手持式行動裝置,搭配自行設計的APP程式,以相對滑鼠移動的概念,來偵測滑鼠的移動方向,以及滑鼠移動軌跡的座標變化量,即可得知滑鼠實際的移動的距離。以此設計與應用,可以完全取代市售測距輪的所有功能,成為日常生活中便利且實用的好工具。

Application of molecular templates on magnetic particles for adsorption and desorption of heavy metals

This study investigated the production of novel molecular templates, and analyze their adsorption effect on four heavy metal ions (Cu+2, Pb+2, Zn+2, Mn+2), which commonly exist in Taiwan's rivers. Different operating conditions (such as competitive adsorption, pH value and other factors) were explored to compare their adsorption effect of heavy metal ions by using the synthesized template molecules. The molecular templates were found to be specific towards their target metal ions with a high adsorption effect. Then combined with the idea of magnetic particles to produce magnetic molecule templates, a maximum amount of adsorption of heavy metal ions up to 95% through the molecular template was achieved while the effect of heavy metals desorption of up to 83% could be also successfully obtained. Experimental results showed that the magnetic molecule templates did not affect the adsorption of heavy metal ions. Not only can they speed up the recovery time of adsorption but the template molecules can also be collected more efficiently. We also proposed three different applications for the developed molecular templates. The development of magnetic molecular template may provide an affordable, highly-efficient way for dealing with heavy metal pollutions.

由擬馬克夫鏈探討臺灣地區總統選舉民調

本研究目的主要是設計一套數學模式以探討臺灣地區選民投票抉擇的穩定與變遷,以及媒體的選前民調的準確度分析。研究中以馬克夫鏈分析臺灣地區選民投票抉擇的穩定與變遷,經研究發現臺灣地區選民投票抉擇乃屬於不穩定狀態。 為避免選民因接收到不準確的資訊而改變自身投票抉擇,致影響選舉結果,本研究以科學性方法探討分析了臺灣地區主流媒體公布的民調結果。研究中使用總統選舉的選前民調,透過本研究所提出之「擬馬克夫鏈方法」預測選舉結果,再將此結果與中選會公布的實際選舉結果進行交叉比對以評估其準確度。 本研究希望可以提出有效工具透過逆向工程方法來適時監督媒體,降低可能影響選民投票抉擇的人為操作,讓民調對於選民的投票抉擇有正向幫助;而透過較精準的民調以使未來選舉結果可以更進一步貼近民意,讓臺灣能邁向更好的未來。

探討rVP1在肺癌細胞上Integrin路徑及Wnt/β-catenin路徑的作用機制

經基因重組技術純化的口蹄疫病毒鞘蛋白rVP1被證實在癌細胞內會經由Integrin路徑對癌細胞的轉移及凋亡產生影響。本研究所探討的是rVP1對肺癌幹細胞H1299及肺癌細胞A549中Integrin路徑與Wnt/β-catenin路徑的作用機制,目的除了要了解兩路徑在肺癌細胞中的影響,也希望能找出兩路徑的交互作用機制。 本研究發現肺癌幹細胞H1299中β-catenin會因加入rVP1而表現量下降,與肺癌細胞不同;肺癌細胞A549中Wnt/β-catenin路徑上游的膜上受體Frizzled-8因rVP1作用而表現量下降;而不論在肺癌幹細胞H1299及肺癌細胞A549中Grb2都不會因rVP1作用而表現量有所改變;Wnt/β-catenin路徑下游產物MIG-7則會因加入Wnt3aligand而表現量下降。 由實驗結果推測癌症幹細胞本身與癌細胞特性不同,可能使得Wnt/β-catenin路徑產生的效果不同;Grb2的變化量則需要更多實驗求證。Integrin路徑會影響到Wnt/β-catenin路徑的上游生成,兩者確實有相互影響。

內皮素對稻田魚(Oryzias latipes)胚胎適應酸環境之調節

哺乳類的內皮素(endothelin-1 ; EDN1)與其受體endothelin receptor B己知可共同參與腎臟排酸功能之調節,在魚類的表現上,亦有研究指出EDN1會影響到斑馬魚的排酸。本研究中以廣鹽性魚種稻田魚(Oryzias latipes)仔魚為實驗對象,經6小時以上時間酸處理後其體表排酸量皆顯著增強,且經6小時酸處理後,仔魚rhcg1及內皮素受體EDNRA2的基因表現量也顯著增加,並發現當弱化(knockdown)仔魚的endothelin-1基因後,其體表排酸量顯著下降,證實endothelin-1對仔魚排酸作用有直接的影響。而當仔魚endothelin-1的基因表現被抑制後,其離子細胞密度以及離子通道蛋白基因表現不受影響,推測內皮素並非以增加離子細胞的方式影響排酸,而是藉由轉譯後調控途徑,使其排酸功能增強。另外本研究中再將6小時及7天酸處理實驗結果比對後,推測當稻田魚仔魚面臨短期或長期酸環境刺激時,內皮素調節機制亦略有不同。

格子直線數與歐拉函數之探討與推廣

本研究在探討過原點且通過特定格子區域格子點的直線數;先討論正方形的區域,發現這樣的直線數與法里序列及歐拉函數有關,並使用這些結果得到三角形區域中的直線數。 接下來,我們將上述問題從正方形區域推廣至高維度的(超)立方體區域,得到欲求的直線數,並介紹四個歐拉函數的推廣形式,其中一種是約當囿互質函數,使用這些函數不僅能簡化計算,更能拓寬歐拉函數的視野。 最後,我們也計算單體區域,即高維度中廣義三角形區域中的直線數,這些結果成為法里序列的推廣形式,而我們所獲得的公式可以藉由第一類斯特林數表示。

EmerApp+: An innovative application for personal security

EmerApp+ is software designed for intelligent devices as a personal security database manager. In case of emergencies, it is an application which integrates location, tracking, and communication tools. It is triangulated between a database to a communication server as well as a second which is NASA server that offers climate and seismic information for Mexico. This application has two sources of communication, SMS messages and a newly created social network. In case of natural disasters, an extension for drones has been developed for this application, enabling rescue teams to delimit the land boundary where the disaster struck. In order to speed up the search and rescue operations a triangulation of network-drone- smartphone is completed.

Extracting Water from Humid Air Using Solar Energy in Humid Areas

The study aims to evaluate the technique of extracting water from humid air using solar energy through greenhouses in local areas. This technique is believed to provide limited amount of water in areas where potable water is not accessible or abundant. To solve this problem a pyramid-shaped device was designed, it is made of glass panels ad equipped with glass doors, fans operated by solar energy, and multiple shelves covered with fabric to act as Absorbent Calcium Chloride (CaCl2) with a 30% concentration. The doors are open during the night for absorption and closed during the day for energy-generating. Humidity, temperature, and atmospheric pressure are measured every two hours. The amount of water extracted in this area in one full day was around 3.0 liters a day for every square meter. Perhaps the limited amount of water is due to low level of humidity in the area: an average of 50% and temperature of F10 Celsius at night. However, the device itself is independent, does not need power sources, water sources, or infrastructure, can be installed in various places depending on humidity level as well as having the possibility of increasing number or size of device. This makes the device a promising, alternative and environmental friendly solution to produce water. Cost-effective and lighter material can be used to make the device, which will produce an easy-to-use and affordable devices. It is an area in need for further research to improve and further develop it.

神農菌、嚐百草-利用基因轉殖的大腸桿菌偵測中草藥內的重金屬

中藥一直存有重金屬汙染的疑慮,而目前檢驗這些可疑重金屬的儀器與技術皆需耗費大量金錢與時間,因此研發出簡便快速的偵測工具極為迫切。本研究目的是利用基因轉殖的大腸桿菌,偵測出中草藥內的重金屬。 實驗結果顯示,利用含有銅離子基因轉殖的大腸桿菌,偵測7種常見的中藥材浸膏,除了黃岑之外,其他6種中藥材內可偵測到銅離子,並且具有定量的螢光表現。其中,研究發現由於黃岑本身會有吸附銅離子的現象,因此利用螯合劑EDTA來解決此問題。結果顯示,螯合劑不會影響大腸桿菌的正常代謝,但能成功地將銅離子搶出並誘導細菌產生螢光。最後利用螢光顯微鏡觀察,發現深色的中藥並不會影響大腸桿菌的螢光表現。 未來期望可將本研究初步成果,做更進一步的研究,除了能合成更多不同基因的大腸桿菌,以偵測不同種類的重金屬外,還製成便宜且方便使用的重金屬生物感測器產品,方便民眾檢驗手中的中草藥材,確保所使用的中草藥之安全性。

文心蘭LhPRS基因參與花被發育調控之功能分析

為了找出調控蘭花花瓣與唇瓣分化的基因,本研究分析文心蘭品系檸檬文心花瓣與唇瓣轉錄體之次世代高通量定序資料庫,篩選出一PRESSED FLOWER (PRS) 同源基因,命名為LhPRS。為了驗證LhPRS基因於花被之表現量,透過qRT-PCR分析,顯示LhPRS基因表現量集中在唇瓣,而在花萼與花瓣表現量較低,推測LhPRS對調控唇瓣發育有其重要性。為了進行後續基因功能性的分析,自唇瓣的cDNA選殖出LhPRS之編碼區序列,包含606個鹼基對,可轉譯出201個胺基酸。透過兩種不同系統之病毒誘導基因靜默技術,分析LhPRS基因表現被抑制時對文心蘭花朵發育之影響。結果發現當LhPRS基因在唇瓣表現量受到明顯抑制時,將使文心蘭花朵唇瓣形態產生變異而失去兩側對稱性,顯示LhPRS基因具有調控文心蘭唇瓣形態的分化並維持花被生長對稱性的功能。此研究發現將有助於應用在蘭花產業對花型調控與改造的需求上。