全國中小學科展

臺灣

「藻」尋抗日聖品

文獻研究發現,藻類擁有一種特殊的胺基酸—Mycosporine-like amino acids (MAAs),能夠吸收UVA和UVB,抵抗紫外線的傷害。本研究利用不同溶劑來萃取日常生活中常見的藻類,期望能探尋出具最佳抗UV功效的藻類萃取液,進而調配出具防曬效用的自製防曬聖品。 研究發現,不同的藻類要萃取出最具抗UV的成分所需的溶劑種類與比例會有所差異,利用50%的乙醇萃取紫菜8小時所得萃取液相較於海帶芽、昆布、礁膜和石蓴,甚至是富含花青素的葡萄、火龍果,具有更好的抗UV功效。進一步利用紫菜萃取液自製防曬乳,在未添加二氧化鈦下便具有一定程度的防曬效用,且只需添加少量比例(約2%)的二氧化鈦(市售約為10%),便能達到與市售防曬乳相當的抗UV成效,具研究發展價值。

魚兒魚兒迷宮游

本研究以選擇適當的魚種,來探討氣味、光色、群體行動、水溫、不同溶液和音頻對魚行動力的影響。我們發現,讓魚持續走在一個同樣的路線,會成為他們短暫的記憶;和大肚魚相比,螢光魚及金魚靈敏許多;飼料比保麗龍味道重,魚的反應也較顯著;在光色測試中,魚在藍色光遊得較快;魚活動雖然以群體為優先,且螢光魚的隊形都維持在一直線上,一起到終點,但是單獨一隻魚行動所費時間最少;雖然水溫度在20°C〜35°C所花時間平均最短,但是15°C〜20°C所費時間卻是逐次縮短;酒精對於魚活動力大幅提升。而食鹽則無太大的影響;聲波能使魚的速度大幅提升;魚的記性並不短,只要走過,也會有印象且游得越來越快。

Super「鼠」跑

透過文獻探討已知高血壓會引起腦發炎,導致腦功能受損。研究結果也顯示運動能增進腦部功能。因此,在此實驗中,我們想要探討高血壓引起的腦發炎和功能退化等問題能否透過運動改善。將鼠分為 2K1C 手術誘發高血壓組(2K1C)及沒有高血壓(Sham)的對照組,並再各分為運動組(Sham-EX、2K1C-Ex)和不運動組(Sham、2K1C)。小鼠腦部切片中微小膠細胞數量顯示 2K1C 的小鼠組別腦發炎最為嚴重,且 HE 染色發現一樣為 2K1C 小鼠組別的神經細胞數目最少。接著我們以莫里斯水迷宮測試小鼠學習、記憶功能,結果 Sham-Ex 及 2K1C- Ex 尋獲平台時間皆有減少趨勢,而 2K1C 尋獲平台花費最長時間,顯示運動確實可以減緩高血壓造成的腦功能受損。

動態球與膜的交互震盪

本研究探究動態球與剛性、彈性、超彈性膜的交互作用,研究球與膜連續碰撞後「球的彈跳」與「膜震盪、產聲」兩面向。我們分析球的彈跳,發現僅由前五次的趨勢可估算彈跳次數,預測值與數據接近。 另發現「球在彈性面上有後次彈跳高於前次」的情形,且「產聲強度有後次超越前次」的現象。這兩種不定性現象,我們以能量交換大致解釋。 再建立膜震動動力理論,用貝索函數預測撞擊時膜產生的多組頻率,對比數據誤差小於5%。此外膜震動時若再次被敲擊,膜將激發出另一組頻率,且仍在理論預測之內,我們稱之膜頻率的「躍遷」。 透過研究「動態物(球)與彈性膜的交互震盪」的能量交換與「躍遷」現象,以期未來在薄膜震盪工程或聲學失真問題中有更多應用。

智慧勘察車

現本專題是建構無人載具車進行探勘平台的開發,其主要以Arduino Mego 2560作為本地主控台,輔以OLED顯示螢幕展現各類偵測資訊如溫濕度等,並以藍芽模組將相關資訊傳送至遠端平台顯示,除了探測相關資訊外,還將無人載具周圍的環境影像透過ESP32CAM無線wifi攝像頭模組傳送至遠端平台,以提供遠端平台對於周遭環境的掌握及判斷執行相關的控制,因此探勘平台將可提供許多不適合人類到達的場景進行許多探勘及相關救援等行動。

從分子層面探究藤蔓植物川七向觸引發快速攀附生長

川七為藤蔓植物,以3.5~4小時週期逆時針迴旋盤轉,碰觸物體後即以該物體為支撐快速攀附生長,速率可提升達30倍之多。本實驗探究川七啟動向觸生長的生長素機制。活體(In vivo) X光繞射,發現川七莖體中含多量的IAA,以及較少活性極高的4-Cl-IAA及6-Cl-IAA,且生長素並非以分子的形態,而是串接成週期性排列的晶體形態存在。攀附後,頂芽增生109%的IAA及191%的4-Cl-IAA+6-Cl-IAA,激發快速生長,且較多數的4-Cl-IAA+6-Cl-IAA被輸送到莖的非接觸面,形成彎曲莖體,纏繞支撐體。pH值測量顯示非接觸面氫離子濃度較高,吸收光譜則顯示非接觸面含有較多擴張蛋白,利於細胞壁的延長。本實驗由分子層面了解川七受到機械刺激時,如何引發向觸快速生長以及不對稱性生長。

圖形密碼—密鋪多邊形完全漫遊之研究

從建築燈光秀發想路徑問題,探討「密鋪多邊形進行完全漫遊路徑是否存在?是否可運用模組化的方法找到完全漫遊路徑?」發現不同密鋪多邊形可透過基本幾何拼板分割,當中心或初始圖形是可漫遊且可對外連通,搭配同條件的基本幾何拼板組合,則該密鋪多邊形路徑可完全漫遊;且可歸類同類路徑中不同幾何拼板之等價組合;另外,密鋪多邊形中每個單位圖形若維持原來的「圖形特徵—路徑可行進方向數」,則「密鋪多邊形完全漫遊路徑可以進行任意形變轉換」。在漫遊過程中得到不同密鋪多邊形的基本幾何拼板種類、路徑分類及路徑方法數公式。 最後應用研究結果,有效控制高空智慧清潔蜘蛛人,並設計一款全新完全漫遊路徑邏輯拼圖遊戲。

濃度一「碘」通—以光譜儀測量雙氧水濃度

本實驗使用光譜法進行雙氧水濃度測量的研究,先確認光譜法可用於測量碘液的濃度,進而利用雙氧水與碘化鉀反應產生的黃色三碘錯離子進行測量,針對雙氧水濃度、碘化鉀濃度、酸鹼值等變因逐步最佳化反應條件,成功避免掉產生氧氣的副反應以及過量碘的產生,得到最佳的測量範圍以及適合的反應速率。透過光譜法,可測量到的雙氧水濃度最低可以達到13 ppm,相較於傳統滴定法有更低的定量極限,是更加快速、精準的一個測量方式。

探究Nocardiopsis菌落環狀紋路與相鄰同宗菌落間隙的成因

我們研究自黑液污染土壤篩選出的Nocardiopsis(擬諾卡氏菌)菌落環狀紋路的成因,發現環狀紋路形成具有遺傳性且可能是基因變異產生。在低營養濃度(Tryptone濃度小於1g/L)條件下,菌落紋路明顯,推測是由於基層菌絲無法取得足夠養分供給氣生菌絲,氣生菌絲無法生長,直到基層菌絲往外拓展至有足夠的營養物質的區域,氣生菌絲才再次開始生長,因而產生一環一環的不連續生長帶。 此外我們發現多個Nocardiopsis菌落之間,會因抑制物質作用產生間隙,此間隙大小受營養物質濃度、菌落間初始距離、周圍菌落數目的影響,且其機制與形成環狀紋路的機制並不相同,可能與菌落間偵測感應等複雜機制有關。我們萃取此抑菌物質送液相層析串聯質譜儀(LC-MS/MS) 鑑定其成分,發現抑制物質可能是Streptogrisin C或其他非蛋白質物質。深入研究Streptogrisin C的濃度與抑制Nocardiopsis生長的關係,以及其他抑制物質的可能性是我們未來的研究方向。

蜘蛛互聯網

我們在校園的花圃中發現蜘蛛的共織網,而且共織網上的蜘蛛通常是肩斑銀腹蛛,所以我們決定做一張模擬肩斑銀腹蛛的網,並另做仿生獵物,射向單個與多個仿肩斑銀腹蛛的平面網,最後進行比對。從實驗中,我們發現力道對仿生網的晃動幅度無太大的影響,仿生獵物的質量則會影響。在多個平面網的實驗當中,我們將仿生獵物射在第一個平面網,第二個連接著第一個網,但沒有直接接觸仿生獵物。而我們分析完數據後,發現第一個網的震動幅度大於第二個網。