全國中小學科展

臺灣

不能說的”蜜”密—可見光與近紫外線光譜分析蜂蜜品質

蜂蜜真偽及其品質優劣在市面上引發不少問題,本研究以12件國內外市售蜂蜜為材料,進行蜂蜜飲用口感品評、7項物化分析實驗且與CNS品質規範進行比較,再將其結果利用可見光與紫外線光譜儀測定進行相關性探討,找出3個光譜範圍和3個特定波長可鑑別蜜種、產地和品質。最後將各樣本光譜吸收度作迴歸分析,發現同蜜種的R2值可達0.85以上,表示本研究光譜檢測法對於蜜種判別有不錯的準確率。此外,光譜資料與花粉計數實驗比對,可用光譜儀在272 nm黃酮類化合物吸收峰來對應花粉含量,用於判斷蜂蜜相關營養成分含量多寡。本研究綜觀蜂蜜口感評鑑、物化實驗結果與光譜分析得知:可將光譜分析用於鑑定蜂蜜蜜種、產地,並結合傳統檢驗以確認蜂蜜品質優劣。

光動力化合物的合成及應用

光動力療法為一個新興癌症治療方式,包含三大要件:光、光敏劑、氧氣。其概念為利用合成的錯合物嵌入細胞核DNA,藉由特定光激發後,將能量傳遞給氧及水分子形成自由基,進而毒殺癌細胞,達到治療惡性腫瘤的目的。 本研究利用NNO-Schiff base,成功合成出一系列的二價銅錯合物,針對不同的配位基及共配位基、濃度、光波長利用DNA裂解、細胞毒性測試,探討結構活性的關係與作用機制,以利研發相關藥物的研究,另外,錯化合物吸收波長可延伸至可見光─藍光,進而大大提升其應用的價值。

水波虛擬干涉全像法與光聲成像

全像攝影運用光波干涉性質呈現物體影像。干涉是波基本性質因此嘗試改以水波當波源,經過全像攝影相同過程來呈現物體影像。 將訊號產生器產生訊號一分為二,一個接到振動器產生水波,用光感測器接收相當於全像攝影物體波,另一個訊號直接以電壓感測器測量作為一虛擬平面參考波,將兩數值相加模擬物體波與參考波干涉,得到一數位化水波全像片。然後以程式計算虛擬平面參考波通過水波全像片,全像片上各個點波源相互干涉結果,成功將影像重建出來。討論影響影像重建變因、鑑別率,將不同位置物體影像一層一層顯示達成斷層掃瞄效果。水波「虛擬干涉全像法」是我們自行發展出來,以關鍵字搜尋並沒有發現類似實驗。 最後將相同原理運用在「光聲成像」,將一調變頻率40KHz光照射在物體上,經光聲效應轉換成聲波,將聲波經由「虛擬干涉全像法」成功呈現物體影像。

北極震盪指數與北緯40度以北海溫距平值之相關係數探討

研究指出近年中高緯度天氣異常與北極震盪有關,本研究探討過去30年間北極震盪(AOI)、北大西洋震盪(NAOI)與南方震盪(SOI)特性及其間相關性,發現AOI與NAOI全年各月達中度相關以上,代表北極震盪暖相位時,西風有增強的趨勢,有利反聖嬰發展,說明海溫與北極震盪的連結。 分析2004至2013年北緯40度以北海溫資料,以月為單位各海域海溫距平值與AOI之相關係數,結合洋流圖進行區域互動之分析。發現當AOI正相位時,北大西洋暖流有增強的趨勢,與西風增強有關;海溫變化部份,6月、7月北緯85度以上北極海域低溫,應和夏季融冰或冷空氣封鎖極區有關,顯示高緯度海溫與北極震盪間的互動關係。

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。

「乘」「乘」有序—乘二數列及乘五數列的探討

有一數列從1開始,下一項為前一項個別數字乘以m,其中m為一正整數,2≦m≦10,將此定義為乘m數列,本文以兩大部分來架構出乘二數列及乘五數列的性質,討論數列的區塊結構,進而判斷數字是否為乘二數列或者乘五數列的其中一項。接著再進入針對位數規律的討論:依照乘m數列的規律,讓人聯想到可以透過其位數的有向圖D(directed graph)與鄰接矩陣A(Adjacency matrix)進行轉換,再利用矩陣計算來求證遞迴關係式,進而求出生成函數和特徵方程式,最終獲得乘二數列及乘五數列的位數估計函數,以解決原先獲知此種數列時伴隨之相關問題。研究的最後發展出乘二數列及乘五數列之間的連結,加入了與乘二、乘五、乘十的規則的關係。未來希望能研究其他乘m數列並發展出共通性。

翻轉塗色驚嘆號

本作品『翻轉塗色驚嘆號』為2016年國際科展『翻轉塗色』的一般化延伸改進作品。在過去文獻中討論的問題是一列已上色的格子中,估計會有多少個『等間隔而且同色格子」的可能。而本研究所探討的問兩個顏色(以1及0表示,1跟0互為補色),並以Thue-Morse遞迴著色(若B已著色,則接下來的|B|個格子就著上B的補色,其中|B|表示B的格子數),其中每次遞迴時精確的『三個間隔相同而且同色的格子』(本作品稱為3-AP)的精確總數。為了表示方便,我們將著好顏色的格視為一雙色字串。在之前的作品中,我以中心排列手法算出了起始字串為1時每次遞迴的3-AP精確數目。而本作品的突破在我們推廣到對於任意起始字串B,所遞迴產生的Mp(B)字串都能精確算出3-AP總數,其困難點在於歸納不同B之間的共同性。令人驚嘆的是,在遞迴兩次之後,其3-AP增加的數目與B的內容無關,只與B的格子數有關。此為本作之重要定理。除此之外,我也給出依序刪去每次遞迴後所剩下的Mp,q(B)中3-AP總數的公式。其困難點在刪去之後失去了對稱性。在本作品中突破方式是改變中心排列以偏心排列找出基底,並以未定係數法將其3-AP總數找到。而令人驚嘆的地方在於,若同時增加後續字串並同時刪去前方字串,其3-AP增加的數目也與B的內容無關,只與|B|有關。

由正2n邊形與一點所衍生的三角形面積比值問題

本次研究的靈感來自於能力競賽中,一道證明由六邊形內部一點P所導致的面積比值為1的問題(詳見第6頁)。這份報告主要的目的,在探討推廣到正2n邊形內部時的情況,求出將P點移至外部時任一點的面積比值,並進一步討論面積多次方之問題。 這次研究利用GSP協助了解圖形的性質,並善用解析幾何和輔助線作圖。報告中的許多證明,可以用「各個三角形的高相加」的觀念搭配三角函數運算做出結論。 文中結果顯示,除了證明:當P點在正2n邊形內部時,必滿足面積比值為1外,並提供了當P點在正2n邊形外部時,面積比值的各種可能性。其證明方法,可作為解決正2n邊形面積問題的重要參考。

好個!不數和―兩數之和不在同一列

從1到5的連續正整數中,我們需要至少兩列才能做到任兩數之和不在同一列,分別是1、3、5與2、4;如果題目改成從1到8的連續正整數也要至少兩列,分別是1、2、4、8與3、5、6、7為任兩數之和不在同一列(Bezuszka & Kenney [7], 1983)。因此我們定義如下:在n橫列m直行中,第1直行放入1到n的連續正整數,第2直行放入(n+1)到2n的連續正整數,第3直行放入(2n+1)到3n的連續正整數,依此類推到第m直行放入(nm-n+1)到nm的連續正整數,但任兩個數字之和不在同一橫列,這樣的排列組合是否有技巧可以造的出來呢? 先從2列3行算到3列5行,再用數學的觀念研究n列任意兩行加法規律,然後使用等差數列的技巧逐步完成6列14行,最後用4列做例子完整呈現造法技巧。

淘氣精靈與IOD關聯性之探討

前人研究發現聖嬰南方震盪(El Niño–Southern Oscillation, ENSO)和淘氣精靈(Elves)兩者間有顯著關係,顯示淘氣精靈的變化受太平洋上ENSO影響,因此我們想探討淘氣精靈與印度洋震盪(Indian Ocean Dipole, IOD)間是否也存在相似的關聯性。一般以DMI(Dipole Mode Index)代表IOD的發生情形,研究中我們挑出2005年6月2015年11月IOD正負事件時的海溫、雨量、閃電及淘氣精靈進行比較。研究結果顯示淘氣精靈在印度洋上也有震盪的現象,且其趨勢與海溫相同,再將其與雨量變化做比較後,我們推論IOD造成的海溫變化影響了大氣,進一步影響淘氣精靈的發生。