全國中小學科展

臺灣

CYP11A1導致非類固醇生成細胞的粒線體形變 CYP11A1 Changes Mitochondrial Morphology in Nonsteroidogenic Cells

一般認為粒線體形變與神經細胞的細胞凋亡有關,但其實粒線體形變也發生在類固醇生成細胞,如卵巢與腎上腺皮質的分化過程中,且伴隨著類固醇製造酵素CYP11A1的大量表現。 因此,我們提出以下的假說:第一,CYP11A1會使粒線體發生形變;第二,粒線體形變參與類固醇賀爾蒙的製造;第三,粒線體形變能導致細胞某種程度上的分化:由不適合製造類固醇轉變為適合,並降低其代謝率。 我們觀察CYP11A1內生與否的細胞株的粒線體外形及其內褶膜,發現內生CYP11A1的細胞具有球形粒線體與拱狀內褶膜。接著我以CYP11A1表現質體轉染COS-1細胞,觀察其粒線體並測量其ATP產率,證實了外送CYP11A1能使粒線體發生形變,同時改變細胞的代謝率。這個發現對粒線體形變的研究具有突破性的影響。

「針」有意思!─芸香科金橘葉與莖刺生長空間幾何與特性之探討

大自然植物生長的機制,往往蘊藏著驚人的幾何原理。本研究以常見的「芸香科金橘」為研究樣本,觀察發現金橘莖刺長於葉腋處,其下是生柄葉及葉片,且彼此成對交錯互生,莖幹中段部位之葉與莖刺生長大小比例明顯較為固定。 本研究藉由規劃便利有效率的編碼規則與標示方法,配合自行改良設計的數位測量儀器,進行金橘葉和莖刺的生長空間幾何之測量,發現金橘葉片長與寬比例近似於黃金比例1.618,葉與莖刺分別以順時113°與逆時109°多條螺旋規律生長,且繪製生長空間幾何分布圖,分析發現葉與莖刺生長受緯度之季節日照影響;另透過顯微設備觀察發現兩者均佈滿油腺,經檢測皆具酸性(PH5~6)成分,運用本研究結果建立3D模型,可提供後續深入探究與應用之參考。

海上的楚河漢界-探討影響漁港使用攔木網效果之研究

暑假期間,看到漂流木無預警進港干擾漁民與旅客生活,於是激發我們想要實驗探究攔木網效果的因素 –「攔木網」幾項結論包括:第一、海流大小主要影響攔木網的潛流量、海浪大小主要影響攔木網的跨越量;第二、當漂流木密度比例越大,攔木網通過 的潛流量越多;漂流木密度比例越小,攔木網通過的跨越量越多;第三、提出兩種最佳組合模式『間距1.6cm(80cm)+裙部6cm(300cm)+乾舷高度0.4cm(20cm)』、『間距2.4cm(120cm)+裙部5cm(250cm)+乾舷高度0.35cm=17.5cm)』,可以發揮最高攔截效果;第四、研發複合式攔木網,網袋空間攔截率高達88.6%,使攔木網效能達到最高,並且專家及廠商確認可以執行;第五、攔木網架設位置選擇內港效果最好。最後,希望經由以上的研究,能提供有效的資訊給漁港或漁業署在申請製作攔木網的依據。

防鏽防蝕的黑色素—探討芝麻黑色素對於氧化鐵的保護

以浸泡提取法萃取出黑芝麻中的黑色素,並用高斯計測量其與氧化鐵(三氧化二鐵)混合物的磁場變化,以了解黑色素還原氧化鐵成為磁鐵礦(四氧化三鐵)的能力。結果發現,黑色素溶液還原氧化鐵粉末的最佳反應濃度為33%,而在氧化鐵粉末及芝麻黑色素溶液重量比為1:5的比例時,有最大的磁場變化平均值。 將氧化鐵、鐵、銅、鋁片在浸泡於黑色素溶液後,與相同環境條件下未浸泡在黑色素溶液的金屬做比較,測定各金屬在兩個禮拜後的失重率,結果發現浸泡黑色素的鐵與銅金屬,其失重率小於對照組,而氧化鐵及鋁金屬經浸泡黑色素的失重率則大於對照組,推測芝麻黑色素對於鐵、銅金屬可能具有延緩氧化的能力,而對於氧化鐵及鋁金屬效果不明顯。

公園跑切線

本篇作品旨在探討一個正三角形公園,內有一個邊長為公園邊長1/3的小正三角形綠地,公園和綠地兩者方向相同,而且中心重合。一位民眾從公園邊上的某一點出發,每次都朝著 綠地的頂點跑「切線」,跑到公園的另一邊上某一點。然後再從這個點出發,反覆一直跑下去。觀察這樣的規則模式,最後會有什麼結果?其次,如果公園和綠地都是一般的三角形,其結果與正三角形的情況是否相同?最後,再將公園和綠地的形狀推廣為正n邊形,其結果又會是如何?

布洛卡點相關性質探討

三角形的布洛卡點及布洛卡角是經常被探討的主題。本研究突破過往研究中布洛卡點僅存在於三角形中的侷限性並推廣至n邊形,發現並非所有n邊形都存在布洛卡點,並得到n邊形存在布洛卡點的充要條件,這個條件各n邊(角)互相獨立地等於布洛卡角的cot值,同時這條件亦等價於所有存在正、負布洛卡點的n邊形,其頂點皆為正n 邊形的頂點在反演變換下的反形。當n=4時,即為調和四邊形。接著將文獻中三種布洛卡三角形的變換整併為一種更具數學風味的旋轉與伸縮變換,基於這種變換,發現了許多布洛卡點與外心之間的幾何性質,從而推廣至多邊形。其中美妙的結果是:從任意布洛卡n邊形出發的n條全等的等角螺線皆收斂至布洛卡點。最後,由投影的角度看,發現布洛卡n邊形是正n 邊形的投影,由布洛卡n邊形的n個邊所延伸的多邊形,其頂點是共圓錐曲線的。

洞穴十字路-揭開東帝汶約萬年前的氣候秘辛

以東帝汶Monkey cave的MC2石筍進行鑽孔,拋光,得到各段的石筍粉末後,以鈾釷定年法得知生成年代,並得出石筍δ18O數值。 東帝汶Monkey cave的MC2石筍有81個鑽孔點,δ18O值介於-4.237 ‰~-2.452 ‰之間,δ18O氧同位素的變動範圍約在1.8 ‰之間。 MC2石筍生長時期13542~10740年前,即更新世晚期。 東帝汶MC2石筍在早期δ18O較晚期數值較重,而到後期較接近10740年前則是δ18O有一直變輕的趨勢,由此可看出早期雨量較晚期為少,且雨量呈現增加的趨勢,代表溫度上升,上升氣流較強,雨量較多所致。 東帝汶MC2石筍和約萬年前中國南京葫蘆洞石筍的δ18O值比較,呈現相反的趨勢,與新仙女木事件發生時(12800~11500年前),大西洋北部大量融冰注入,而造成暖流無法北上,造成低緯度溫度較高,雨量較多的有關。

「熱」「電」共生-小型熱泵系統應用於太陽能板熱回收

發展再生能源是現在重要的課題,太陽能就是一個很好的再生能源,根據實驗得知太陽能的輻射熱會導致太陽能板上的二極體發電效率下降,我們設計了一個熱泵系統加上在太陽能板背面加裝散熱管路,利用熱交換把熱能帶走做熱回收的產品,實際運作內容就是藉由熱泵系統產生冰水再由沉水幫浦將冰水打到太陽能板背面的散熱管路,降低太陽能板溫度提升發電效率,並且利用熱泵系統將熱能轉移至熱水槽內,並設計自動化系統當吸熱量達到飽和,再自動切換氣冷散熱,以達到持續提升太陽能板效率之功效,利用熱能回收再利用,未來可應用於家用太陽能板搭配政府種電政策達到好的生活品質和能源永續發展。

「基」少成多—探討n性生物之子代比例

人類以兩性交配為生育方法,其子代性別比的理論值為 ,本研究旨在探討當性別數n大於2時,由n性染色體組合出第k性子代染色體的方法數Gkn,再進而探討各性別所占的比例之理論值。研究方法為藉由討論性染色體組合的方式,找出和{Gkn}對應的生成函數。接著,再藉由比較{Gkn}的生成函數和第一型斯特林數(Stirling Number of the 1st kind,以下簡稱斯特林數){s(n+1,k)}的生成函數,嘗試使用斯特林數表示出的Gkn一般式。對組合數Gkn有基礎認識後,本研究同樣地再接著嘗試Gkn使用表示斯特林數。最後再將Gkn的研究結果應用至遺傳疾病色盲發病比例討論上,討論在不同性別數的生物中所呈現的關係。

自行車離心自動變速器

本研究將離心力的概念導入變速機構中,設計—機械式自行車自動變速器,以達成自動變速的目的。在自行車變速系統中加上配重、凸輪和槓桿組合成一離心機構。從初步的機構模型實驗後得知,車輪轉速變快,配重承受到的離心力越大,配重的位置改變去推動凸輪帶動變速器作動,將鏈條推向小齒輪方向,變速到較高的檔位,踏板變重,避免發生速度過快而踩空的情況,反之當車輪轉速變慢,配重因承受離心力降低而被推回靠近軸心的位置,凸輪跟著被推回,變速器將鏈條拉向大齒輪,進而變速到較低的檔位,達到離心力驅動變速的效果。道路騎乘實驗中可知,裝有離心自動變速機構的自行車,在上坡時能依據踏板速度降低檔位,讓騎乘者可輕鬆完成上坡工作;下坡時則會變速到較高檔位,避免發生踩空情況;平地加速時,檔位也會處於較重檔位,達到準確變速輕鬆騎乘的目的。