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臺灣

以β相氫氧化鐵奈米顆粒修飾三氧化鎢奈米片以應用於高效能光電化學水分解產氫

隨著人們對綠色能源的日益重視,具有乾淨、無污染優勢的氫能源被寄予厚望。光電化學水分解被認為是一種新穎且有前景的產氫策略。然而,光電化學水分解受到載流子分離效率低、載流子界面傳輸速度慢和可見光吸收差等因素限制。FeOOH曾被報導能有效進行表面改質,並提升活性位點的手段,尤其β-FeOOH具更優秀的電化學表現,且具豐富的氧空缺,其可以輔助電洞轉移並與Fe2+結合[1],因此本研究使用β-FeOOH奈米粒子修飾WO3奈米板的表面,且因為它具有較低的能隙,可有效提高其在可見光區域的光吸收。光電流密度在1.23 V vs. RHE(可逆氫電極) 時可顯著提高至1.41 mA /cm2,比純WO3奈米板高約2.3倍。特別是FeOOH @WO3奈米板的雙電層電容值更是提升至472 μF/cm2,並且在太陽光的吸收比純WO3奈米板都更有優勢。未來,我們將結合儲氫技術開發成套供能裝置,不斷提高太陽能製氫系統的效率。

金屬多酚配位奈米載體合成與多功能腫瘤治療法開發

本研究結合奈米合成技術與生物醫學, 利用表沒食子兒茶素沒食子酸酯 (Epigallocatechin gallate, EGCG) 作為載體 調控摻雜Cu2+/Cu3+與 Fe2+/Fe3+之含量 並以π-π交互作用力附載缺氧性抗癌藥物替拉扎明 (Tirapazamine, TPZ) 成功製備出多功能金屬多酚配位奈米顆粒簡稱為EFeCuTPZ。 材料經紫外-可見光譜 (UV-vis),、動態光散射 (DLS) 及掃描式電子顯微鏡 (SEM) 確認其粒徑大小、形貌學與穩定性。利用808 nm和671 nm雷射分析其光熱轉換效率 評估光熱療法效果,。在腫瘤微酸性環境下, EFeCuTPZ可利用高濃度之H2O2行芬頓反應 (Fenton Reaction) 產生高活性之氫氧自由基 (•OH), 展現化學動力療法 (Chemo dynamic-therapy, CDT),。同時, 藉由材料中的Cu²⁺與腫瘤環境中的穀胱甘肽 (Glutathione, GSH)反應減少高活性物質 (Reactive oxygen species, ROS) 的消耗 增強CDT之療效。酸性條件下 TPZ顯著釋放 有助於腫瘤治療。 另外, 細胞實驗顯示EFeCuTPZ具有高生物相容性與治療效果, 成功開發出具CDT,、CT及PTT功能之奈米複合材料 為醫學新興藥物材料提供可能性。

彭羅斯瓷磚之強制匹配費氏拼法及元件數量計算

本研究從彭羅斯瓷磚出發,將飛鏢與風箏沿對稱軸切出角度分別為108˚、36˚、36˚及 36˚、72˚、72˚的等腰三角形,將兩者的短邊設為1分別定義為 A、B元件。拿數量不等的兩種元件拼成與原本元件相似的三角形得出所有腰邊長為𝑥+𝑦𝜑的相似A元件,以及所有腰邊長為𝑥+𝑦𝜑(𝑥≠𝑦+1)的相似B元件,都有辦法利用A、B元件拼貼出來,其中𝑥、𝑦為正整數。 本研究訂定「強制匹配費氏拼法」來拼貼相似A、B元件從而建構出非週期性鑲嵌彭羅斯瓷磚。使用的拼法為後一個圖形是前兩個圖形的組合,且過程中因需符合強制匹配弧線,在拼貼相似B元件時,需將前一個圖形翻轉後再經旋轉將兩個圖形組合。本研究找出拼湊結合時,產生飛鏢與風箏數量的規律推算出總數量的遞迴關係式。

同居槍手—東北角潮間帶無刺槍蝦Alpheus lobidens之生態、配對與領域行為探討

無刺槍蝦(Alpheus lobidens)是東北角礁岩潮間帶常見的一種槍蝦,母槍蝦小螯呈現”剪刀狀”,公槍蝦的則較像是縮小版的大螯,雖有明顯大螯可打出空氣砲驅離入侵者,但其實極為敏感、膽怯,多數時間都是躲在巢穴內,因此對於巢穴極為依賴,透過”沿著石頭邊緣移動”的方式找到適合洞穴,並不斷經營它,使巢穴更適合自己。在防禦上,並沒有依賴蝦虎魚提供警示的行為出現,主要還是以縮進巢穴為主,而空氣砲也在防禦上有一定效用,當不明物體逼近時,退回巢穴的同時,有可能打出空氣砲,但其實空氣砲最大的效用出現在領域行為上,當毛刷在洞口微微晃動時,超過70%的機率牠們會出來用空氣砲驅離,在同種類同性別上,打出空氣砲驅離對方的機率甚至可以超過九成。

「墊」力人生

多數學生午休曾有腿部產生不適的情形發生,本實驗探討如何改善午休時大腿壓迫產生的不適感,利用三種瑜珈墊做為舒壓墊實測是否有顯著改善不適,並透過數據分析改善腿部不適的因素。 為了解舒壓墊的減壓能力,記錄重物壓在舒壓墊上的形變量,4公分厚TPE形變最明顯;2公分厚NBR形變較大。使用問卷調查法,多數人認為NBR材質較為舒適,NR材質較不舒適,為使結果更接近實際使用情況,我們進一步以手機拍攝兩種舒壓墊形變過程並用Tracker進行分析,試圖找出NBR較舒適的原因,發現NBR的形變軌跡較NR明顯,再利用錶式血壓計來檢測趴睡時下肢在兩種舒壓墊上的壓力分佈及大小,得知NBR的減壓能力比NR更好,因此我們認為舒壓墊的形變軌跡與減壓能力和舒適度有正相關。

「鹽」值擔當 水生生態池的永續經營

本研究透過開發板Micro:bit和ESP32以及AI辨識技術,創建了一套自動監控和調整水中鹽值的系統,有效監測並管理學校新建的水生生態池,實現其永續經營。設計理念希望水生生態池「生生不息」, 研究過程中找出現有的水生植物的相互影響,發現了不同水生植物影響水中的鹽值程度不同;而且不同的植物配對對水中鹽值程度影響也有差異。最後設計出一個平衡系統與監控機制,讓學校的水生生態池可以長久存續。

氣球炸彈

我們發現了一項名為氣球炸彈的實驗,經過一些初步的實驗發現氣球的爆炸情況隨著高度上升有規律,起初認為應該是氣球落下至地面時的速度在特定高度會激增或驟減,但經研究後顯示其符合一般空氣阻力的自由落體,而在最後成功歸納出其規律模式並分類。之後我們探討氣球在施放後第一次接觸地面就爆炸時,內容物所需的最小動能,成功推出鋼珠與氣球的物理模型,得出所需最小動能大約正比於鋼珠半徑。

銀摻雜石墨烯異質結構應用於高效析氫反應

高性能電極對於析氫反應(hydrogen evolution reaction,HER)在未來能源需求中極為重要。高效析氫取決於電極特性可否催化HER,降低電解反應的過電壓。文獻記載石墨烯適合做為電極表面的HER催化劑,利用薄層微量雙金屬的製程技術,可從電極背面析出奈米銀並摻雜到電極表面石墨烯,形成銀摻雜石墨烯(Graphene/Ag-doped)異質結構,增強電極表面石墨烯鍍層的電導。本研究優化此技術,將銀奈米結構沉積在石墨烯的缺陷及晶界邊緣,透過鍍銀技術與實驗參數(化學氣相沉積法的加熱溫度、時長和通氣量),製造出嶄新的Graphene/Ag-doped異質結構材料,增強了電極電導及快速傳輸電子連接的電極表面活性點,大大提高HER的效率。量測結果證明Graphene/Ag-doped異質結構較單層石墨烯具有超過10倍的導電度,電流密度增加20倍,塔弗斜率(Tafel slope)減少50%;與文獻中使用單層石墨烯/奈米碳管異質(rGO-MWCNT)之最佳材料相比[4],本研究之Graphene/Ag-doped異質結構的Tafel slope為80 eV/dec,在析氫反應之消耗能量已大幅降低到幾乎減半。本研究成功製造出高導電、低過電壓,及高效率析氫的電極材料,為未來綠色能源開闢了途徑。

肝未人生,肝緊治療-利用端粒酶轉基因斑馬魚斑馬魚模式研究三種藥物的組合抗肝癌作用

癌症為台灣國人十大死因之首,在台灣地區肝癌在十大癌症死因排名第二。雖然有第一線以及第二線藥物,但是頂多只能延長病人13個月的壽命,所以急需開發有效抑制肝癌的新藥。斑馬魚屬於脊椎動物,斑馬魚基因與人類基因的相似度達到87%,且繼代快成本低,對於研究人類的疾病或篩選藥物助益極大。在肝癌病患當中具有高達百分之六十的人,在肝癌中發現了端粒酶逆轉錄酶(TERT)啟動子的突變,這項突變會導致在肝癌細胞中端粒酶的過量表現並促進癌細胞的生長。先前在研究員實驗室建立了端粒酶轉基因斑馬魚,在15天有顯著增加細胞增殖相關基因以及b-catenin下游基因的表現,並且利用HE染色細胞組織病理學分析,有絲分裂以及三核的比例也大大增加。我們這個研究就是利用端粒酶轉基因斑馬魚研究三種藥物(小分子褐藻醣膠,鯽魚複合配方,麩胺酸螯合鈷)單獨使用跟組合使用抗肝癌的作用。我們發現使用三種藥物混合能有效抑制肝癌,未來可廣泛運用在醫學。

百無一漏

研究探究找出最適合的漏水偵測器與安裝在最適合的位置,完整的系統智能邏輯判斷可以知道每個用水裝置的狀態或哪段水管發生漏水。模仿臺灣3房1廳1衛浴水管竣工圖自製家用水管路實驗模型,作品的Arduino偵測到漏水,優先自動開啟水管上的常開型電磁閥,停止水供應,再透過無線通訊方式傳訊息到屋主手機APP,明確告知屋主是哪段水管漏水。搭配電磁閥自動停水方便維修人員區域性維修,不需要整間屋子停水。藉由自製一套與臺灣水管竣工圖相同等級的作品實體雛形,進行各種不同的使用情境測試、記錄和分析後得到重要且有效的實驗結果。實驗結果證明本作品可以解決任何位置漏水的費時費力查修問題,並且提早停止繼續供水達到水資源環保不再浪費。