全國中小學科展

臺灣

即時觀測核苷酸調控單一DNA 分子上重組酵素的結合反應

在DNA重組反應中,核苷酸擔任輔助重組酵素E. coli RecA蛋白和DNA結合的重要角色,近期研究發現環狀核苷酸 Cyclic di-AMP 和Cyclic di-GMP是細菌內普遍控制複雜細胞活動的二級訊號,因此本研究運用單分子拴球實驗直接觀察單一DNA分子,以布朗運動值反映DNA長度的特性,分析環狀核苷酸參與調控後,重組酵素結合上DNA的反應速率與機制,進而了解環狀核苷酸在調節基因組穩定性的角色。 藉由分析單一種類核苷酸與混合核苷酸的實驗結果,得到兩種環狀核苷酸在重組酵素的結合反應中皆屬抑制劑,大幅降低蛋白結合上DNA的反應速率,且就結構來看,相較一般參與反應的三磷酸腺苷會增加DNA長度,新發現Cyclic di-AMP有縮短部分DNA長度的特質。 由於DNA修復主要倚賴DNA重組反應進行,因此若細菌DNA出現損壞時,加入環狀核苷酸抑制重組酵素結合上破損的DNA分子,使細菌DNA無法成功複製,達到預防細菌擴散的效果。

基隆潮境海灣槍蝦聲響變化與環境關聯性分析

槍蝦閉合大螯所發出聲響為海洋珊瑚礁生態系中最主要的聲源,其聲音受多項環境因子影響,具有分析珊瑚礁生態系健康程度的可行性。本研究利用基隆潮境海域蒐集到的高時間密度採樣資料,嘗試分析槍蝦聲響在不同時間尺度下的變化與水溫、光度之關聯性,比較不同觀測期間與深度之資料,了解槍蝦聲響之特性。 研究結果顯示槍蝦聲響在長時間尺度下與水溫呈現高度正相關,且相同觀測期間、不同深度的兩筆資料變化趨勢相似;但相同深度、不同觀測期間的紀錄不僅變化趨勢與季節差異相關,整體數值也不同。槍蝦聲響每日亦具有規律的晝夜週期性變化,在清晨、黃昏出現高峰,白天期間與光度呈現負相關,夜晚期間與水溫高度正相關。最後,聲響峰值出現時間與日出日落時間最為相關,不同季節下之晝夜長短差異更造成顯著影響,不過仍會受水中實際接受到的光度影響。

妙絕「吾」生「筆」~水擦環保粉筆之效能探討

本研究利用碳酸鈣、硫酸鈣、二氧化鈦、樹脂、蠟、色素、蛋殼、粉筆灰等研發環保新粉筆,且透過自繪粉筆檢測裝置,測量其書寫狀況。研究發現碳酸鈣粉筆容易書寫、且清楚,但易掉粉。硫酸鈣粉筆:質輕堅硬、抗變性高。二氧化鈦粉筆容易書寫,寫灰度極高,但較軟易碎。碳酸鈣:硫酸鈣:二氧化鈦:水=3:1:11:8整體效果佳。添加樹脂、水溶性蠟可以提升粉筆的抗變性且使書寫清晰。使用各色顏料色素可調和粉筆顏色,其中薑黃粉的調色較果最好。與市售粉筆比較,自製粉筆的書寫的附著率、寫灰度、擦灰度皆為第一名具有良好的市場價值,而在自製粉筆中添加蛋殼、粉筆灰回收再製作,是環保可行的方法。

以繞射光柵進行建物震動測量之探討

本研究利用光柵繞射原理,結合慣性振盪之單擺,探究震動造成繞射光點間距變化關係,以光點振幅測量震動,建立以光學繞射變動結果顯示結構震動之響應關係。先確定光柵片旋轉、擺角改變對於繞射光點位置偏移,並以GeoGebra軟體分析函數關係,接著測量實際結構震動之加速度與光柵繞射光點位置的動態變化關係,藉此分析地震造成建物擺動時,光柵繞射光點間距變動的關係與趨勢函數,並由訊號反應建立結構震動之繞射光點振幅變動的響應關係。以標準震動訊號產生平台,量化之振動訊號強度,測量出本研究裝置在二維平面之地震訊號測量之表現,獲得二維震動訊號方向分量之關係。並以OBSPY程式分析裝置所測量之震動頻譜圖,確認繞射光點振幅變動可顯示地震訊號之特徵頻譜,更進一步採用Python開發繞射光斑即時影像追蹤軟體,成功透過裝置分析環境的震動響應。未來希望能微小化裝置,以監測建物震動,作為區域範圍測量地震對建物影響之發展基礎。

探討不同型態的海底峽谷對底棲動物群聚結構的影響

深海複雜多變的環境因子塑造了多樣的生態棲地,海底峽谷便是其中之一。全球9000個海底峽谷涵蓋了大陸斜坡總面積的11.2%,其中有6個峽谷分佈在臺灣西南海域。本研究結合作者出海採得的樣本與國內海洋研究所的採樣資料,探究西南海域高屏與枋寮峽谷的生態結構。 本研究應用生態統計分析,發現兩峽谷的主要差異為沉積物來源、粒徑分佈與物理性擾動強度不同,使兩峽谷的生物密度隨深度變化趨勢截然相反,生物組成亦存在顯著差異。接著藉由建立模型分析,驗證環境擾動與食物量為形塑區域性生態結構的主導因素,結果發現環境擾動對生物的影響幅度大於食物量,並討論了峽谷地形作為天然實驗室的潛力及未來研究發展。

這「炭」可導「電」?自製不同木炭導電的可行性

我們是住在山區中的學生,也因此我們在生活中很容易取得木頭與使用木頭。我們這次尋找在學校中與學校附近可以取得的木頭來進行自製木炭的實驗,也測試是否做出來的木炭可否導電。所以透過我們的實驗,我們發現只要乾餾的溫度有足夠,所做出來的木炭都可以導電。而會影響自製木炭導電的差異是木頭本身的成分差別外,還有木頭的硬度與長度也具有影響。

咖啡渣菜不菜?有機肥的成效探討

現代人對咖啡的需求量很大,煮完咖啡後剩餘的咖啡渣常被丟進垃圾桶,因此我們想知道咖啡渣是否能像蛋殼、果皮、茶葉渣等當做肥料,來幫助植物的生長。我們實驗分為兩階段,第一階段,以我們常見的將廚餘直接鋪在土上面施肥,但發現效果不好;經過修正後再進行第二階段。我們單純討論福山萵苣的成長,並將廚餘分成腐熟與未腐熟的方式栽種福山萵苣,我們發現咖啡渣以外的廚餘經過腐熟後再進行堆肥效果好過市售肥料。之後也嘗試將咖啡渣和其他的肥料混合與調整咖啡渣的比例,希望找到能幫助植物生長的方式,但原本期待咖啡渣能變身成廚餘黃金,實驗結果卻讓人從夢中清醒,咖啡渣雖能提供養分,但容易結塊的特性,造成對植物的生長幫助有限!

建立檢測化學壓力新型模式生物-大生熊蟲實際應用與耐受機制探討

本研究是評估大生熊蟲( Macrobiotus sp.)檢測小白菜混合化學壓力的應用潛能。目前已建立大生熊蟲檢測實際環境化學壓力方法,若以正常活動樣本檢測化學壓力需24小時獲得結果;但乾燥隱生樣本則能在2小時內獲得檢測結果,每週檢測1次,至少可重複6次檢測,所以隱生大生熊蟲最適合在符合生物倫理準則之下檢測化學壓力。 探討大生熊蟲檢測實際化學壓力時耐受機制,發現大生熊蟲在小白菜萃取液隱生時,其100、50與40~50 kDa蛋白質單體表現量顯著增加,另外自乾燥隱生恢復活動時40~50 kDa單體表現量亦顯著提升,未來將以LC MS/MS分析其蛋白質種類與功能。藉由加熱實驗的總抗氧化能力數據確認大生熊蟲能以酵素與非酵素抗氧化系統對抗實際化學壓力,未來將探討對抗常見抗氧化物質的單一酵素活性。目前尚未成功分析大生熊蟲常見抗氧化基因表現量,本研究會持續改良設計出合適的primer與目標基因黏合,分析表現量。檢測其脂質含量則發現,大生熊蟲在實際化學壓力下隱生、乾燥隱生以及自隱生恢復活動階段體內脂質含量顯著增加。

PBC~ A home-use detection device for brain tumors that compress the brain stem and optic nerve

腦部腫瘤是沉默殺手, 藏匿在腦中數十年。 一旦發作,通常都會造成巨大的影響。雖有數種高階儀器,可以檢測。但檢測過程繁複、 等待時間以及價格, 對於民眾都是不小的負擔。 腦部腫瘤的診斷方式為: 神經內、 外醫生會用筆燈對患者做初步的瞳孔光反應檢查。 藉由患者瞳孔縮小的速率,判斷是否要安排進階的檢查。但此行為仰賴醫生的經驗,沒有統一的方法及數據可供判斷。 本研究設計一款成本約$1,300 元, 重量僅 159 g,圓柱直徑與柱高皆約為 7cm 的隨身裝置。 藉由 MCU 控制攝影機, 頂部 1.44 吋 TFT 螢幕可即時顯示患者眼部狀態,檢查結果計算後, 也會立即顯示在螢幕上。除提供醫護人員即時數據化的解讀患者狀態。更協助醫護人員在做瞳孔光刺激檢查時,有科學化的標準。

Construction of Brahmagupta n-gons by Chebyshev Polynomials

Brahmagupta n-gons是邊長為整數的圓內接多邊形,其對角線長與面積亦為整數,半徑為有理數。而作者發現參考文獻[2,3]建構的完美多邊形其實就是Brahmagupta n-gons經過適當伸縮後,使得外接圓半徑為整數時的圓內接多邊形。 參考文獻「建構邊長為整數的圓內接多邊形」[2] 與「建構三種以上相異整數邊長的圓內接多邊形」[3]是我2020年的作品,我建構了多類兩種以上相異整數邊長的圓內接多邊形的一般式。因為我的建構方法會使得外接圓半徑很大,故本研究先討論在單位圓上邊長為有理數的圓內接多邊形,再將其適當地伸縮後,即可得邊長為整數的圓內接多邊形。 在n倍角公式的研究方法也由隸美弗定理改成使用柴比雪夫多項式做更深層的刻畫,完整的找出多種相異整數邊長且外接圓半徑與所有對角線長均為整數的圓內接多邊形的一般式。