全國中小學科展

臺灣

自組裝DNA探針於GNP@PANI電極以檢測miRNA

在許多疾病中,如癌症、心血管或神經疾病等檢測微核醣核酸 (microRNA,簡稱miRNA)的表現水平可作為診斷指標。現行檢測miRNA多使用qRT-PCR技術,雖然有其特異性,然而成本高、操作複雜、耗時長為其缺點。本研究開發自行設計可抓取目標股miRNA的DNA探針,藉由合成修飾技術,將此探針固定在金奈米與聚苯胺(GNP@PANI)的修飾電極上,製備出具高靈敏度與特異性的分子電極。實驗結果顯示:此自組裝的分子探針電極具有良好的線性檢量關係,偵測極限可達0.1nM;其極佳的專一性可應用於尿液樣本的檢測,且回收率高達101.7%。本研究採用電化學技術來檢測miRNA 具有成本低、操作簡便、檢測快速等特點,且裝置易於小型化,便於攜帶與使用適合於資源有限的地區 和現場檢測。

輪迴轉勢

一般會認為,螺絲從斜面上側著釋放後只會直線下滑。然而螺絲的頂端與螺桿有半徑大小之區別,故應該會有別於一般輪軸的運動情形。於是我們以一般的螺絲進行實驗,發現螺絲在斜面上下滑情形大致分為兩類:擺動且不下滑、邊擺動且邊下滑。為了討論螺絲在各種起始條件下的運動情形,我們將螺絲改成3D列印雙輪組,分別操縱雙輪組的大小輪半徑比、軸距、初始角度、總質量、及斜面傾角等變因。我們發現雙輪組的運動情形可以分成三類,第一類為:不下滑且擺角愈來愈小;第二類為:下滑且擺角愈來愈大;第三類為:下滑且擺角愈來愈小。而第一、三類的雙輪組為一阻尼振盪運動;第二類的雙輪組為一反阻尼振盪運動。甚至有些雙輪組會發生有趣的反轉現象。

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。

對應編號入坐的圓桌錯位問題之研究

會議室圓桌上有𝑛個座位,順時針依序放有號碼1、2、3、⋯、𝑛,共𝑛張名牌。參加這場議會的人都有自己的編號,依序為1、2、3、⋯、𝑛,假設編號1的人一定先進入並坐到號碼2的位子,剩下的人則為亂序進入,先找到自己名牌的位子,如果自己的位子是空的,就直接坐下,如果位子被佔了,則順時針或逆時針找最近的空位入坐,若順時針與逆時針最近的空位距離相等,則順時針入坐(例如編號2到達時,發現自己的位子被坐,順時針距離最近的空位是號碼3,逆時針距離最近的位子是號碼1,則編號2坐到號碼3)。等到前一個人坐下後,下一個人再進入會議室。 依此規則,探討其坐法循環規律、坐法分布、坐法總數,並找出有幾種入座順序對應相同的坐法,以及坐錯位子人數的期望值。

基於LSTM行為與活動力之樂齡關懷系統

本研究開發RNN和LSTM長短期記憶網路的樂齡行為關懷系統,搭配樹莓派、多種無侵入式感測器和鏡頭,實現對獨居者日常活動的實時監控和情緒辨識。 將系統收集的數據儲存在SQLite資料庫中,通過LSTM長短期記憶網絡進行分析和學習,提高系統預測準確率。我們還根據各行為感應器觸發的頻率、語音關鍵字,臉部情緒辨識結果等數據,使用隨機森林演算法分析使用者的狀態,建立客製化的模型以優化系統的預測性能。此外,系統配備語音識別功能,提供求救信號發送,及負面情緒安撫等功能。 通過長期的數據收集和分析,本系統能夠觀察並預測獨居者的活動力和情緒的變化,早期發現獨居者的身心健康是否有風險。

高山生態群聚植物集中開花與昆蟲交互作用網絡之研究

本研究首度以植物學、花粉學、昆蟲學及生態統計學探討臺灣高山傳粉生態網絡。花季中期以蜂類為主,後期為蠅類。昆蟲及植物交互網絡緊密連結無子群體,仰賴關鍵物種支撐。蜂期為高山薔薇、玉山櫻草、貓兒菊、信義雄蜂;蠅期為一枝黃花、貓兒菊、家蠅。此兩期昆蟲與植物的穩健性不足,蠅期更易崩解。蜂類訪花具多樣性,蠅類訪花較專一。因蜂類、蠅類習性與身體特徵不相同,蠅類對花展幅 (Visit Unit)大、花冠筒淺、花冠筒筒徑小、還原糖含量高、花粉及花蜜之間的距離大、柱頭面積小的植物較能專一攜帶其花粉。共用傳粉者帶來異種花粉,以GLMM分析同異種花粉數量變化關係,發現一起開花略助於授粉。貓兒菊已入侵成為關鍵物種,花粉汙染90%的物種,必須移除。

探討社會孤立對美洲蟑螂之行為與生理反應的效應

本研究建立美洲蟑螂的社會孤立動物模式,藉由隔絕費洛蒙的交流,探討對昆蟲行為與生理的效應。社會孤立的美洲蟑螂,具有較高的死亡率,並改變以下的行為反應:減少蟑螂的探索行為,使蟑螂運動的時間與距離降低,並增加對能產生較高能量之食物的需求。社會孤立可改變以下的生理反應:個體代謝過程的呼吸商降低,以脂質代謝作為能量來源;脂肪體觸酶活性下降;包囊作用的免疫反應下降。本研究發現,即使是非社會性昆蟲的蟑螂,社會孤立亦會造成生存上的負面影響,而引發隔離症候群(isolation syndrome)。

蟲蟲「苦」憐

本研究探討利用苦楝天然乾果製成的水萃液和酒萃液,作為無毒的家庭驅蟲劑。透過系統性的實驗設計和對照組比較,結果顯示苦楝乾果水萃液和酒萃液皆具有良好的驅蟲效果,其中酒萃液效能最為顯著。進一步分析不同製作參數的影響,研究發現細顆粒且未去皮的苦楝粉,製成濃度至少15%的萃取液,驅蟲效能最佳。實地應用結果也印證,苦楝水萃液和酒萃液能有效驅離並殺死孤挺花和木芙蓉植株上的介殼蟲、蚜蟲等害蟲,其中酒萃液保存較佳且立竿見影。除了驅蟲,我們也將苦楝糟粕應用於多肉盆栽,發現具有天然肥料及阻絕蝸牛的功效。本研究成果不僅對環保防蟲具有實用價值,更為未來開發苦楝等天然植物資源於家園管理提供新思路。

凹凸有竅門,完美再呈現! ~六邊形蜂巢堆砌策略之探討

我用前兩年研究的結論延伸探究在凹凸形狀的蜂巢中擺放灰色六邊形透過有系統的堆砌方式及策略應用,兼以「一筆畫」方式檢驗是否為最佳化組合並依據模組間的相互關係值,求得K值包圍的白色六邊形總數計算公式 。 在P值相同的條件下我得到幾個結果: 1.凹角一種和凸角二種皆能有系統的堆砌及排列規則。 2.經由模組相互間衍伸出的關係值所有個別模組的W值總和、角對角數量(A值),共用格數量 (S值)可找出較佳的堆砌組合,並求出包圍的白色六邊形總數(K值)。 3.透過「一筆畫」方式,能找出最少路徑數(K值),以檢驗每種堆砌組合是否為最佳化組合。 4.得出的結論延伸應用於課室的分組座位安排,以縮短課堂巡視的路徑數(K值)。

一路順風-多向式無扇葉風力發電

本研究主要針對多種參數對「無扇葉風力發電機」的影響進行研究,並且提出一個新的發電機構設置UBA(Universal Bladeless Aerogenerator),其利用萬向接頭作為支點、擷取各方向的風能轉換為電能。研究中共提出了兩種不同的UBA機構設置,分別為磁力線垂直於地面的VUBA(Vertical Universal Bladeless Aerogenerator)與磁力線平行於地面的HUBA(Horizontal Universal Bladeless Aerogenerator),針對上述兩種UBA,本研究運用田口方法(Taguchi Methods)進行測試,並得出了較佳的參數水準組合,藉以提升UBA之發電效率。 本研究透過六組獨立變項實驗,得出直徑較大的阻流體在風速較大的情形下發電效率較佳、負重與發電效率呈負相關等,各參數對UBA發電效率之影響。 根據實驗結果,本研究針對影響輸出功率之各參數進行了因次分析,並從結果得知,UBA輸出功率與雷諾數和斯特勞哈爾數有關,藉此進一步提出自然頻率與最適風速之關係式,可用於求得不同結構之UBA產出最高功率之特定風速。