全國中小學科展

臺灣

開發益生菌外膜蛋白Amuc_1100的穩定蛋白質純化方法

糖尿病和肥胖已成為現代廣泛且嚴重的問題,而腸道益生菌Akkermansia muciniphila能幫助改善糖尿病和血脂異常,其外膜蛋白Amuc_1100為再現醫療效益之關鍵分子,在開發益生菌產品上具有潛力,但本土Amuc_1100尚未被開發,因此本研究分析臺灣不同個體腸道Amuc_1100序列差異,以親和性層析和離子交換層析進行蛋白質純化,發現最佳的酸鹼性條件為pH9稀釋、pH 7.4純化。此外結合AlphaFold人工智慧繪圖,創新發現蛋白質的結構與電性影響與層析管柱的結合能力。本研究不僅成功針對本土樣品開發最適合的純化方法,導入人工智慧更可在學術藥理上發揮價值,並降低產業成本提高應用。

利用Verapamil引發斑馬魚心衰竭模式並探討臨床心衰竭用藥Dapagliflozin和Valsartan之成效與機制

近年來心臟疾病死亡率不斷上升,其中心衰竭是一種常見且高死亡率、高再住院率的心臟疾病,故如何治療並延長患者壽命是相當重要的問題。本研究利用 Verapamil 建立斑馬魚心衰竭模型,並作為疾病模式探討糖尿病藥物 Dapagliflozin 對心衰竭的作用。研究結果顯示,經 Verapamil前處理 4 小時再加入 Dapagliflozin 共處理 20 小時後發現,可以改善心衰竭斑馬魚心室肥大、心輸出量下降和水腫,但功能為滲透壓調節的離子細胞其密度無明顯變化。而心衰竭斑馬魚體內nppa、nppb、gata4、vmhc 這四種在心臟壓力上升時,基因表現量會上升的基因,經 Dapagliflozin處理後無明顯下降。綜上所述,我們推測 Dapagliflozin 可能作用於心臟及腎臟,透過改善心腎功能,排出身體多餘水分,使體液與電解質平衡,改善水腫的同時進而達到改善心衰竭的作用。

多孔隙有機金屬框架材料高效延長驅蚊成份釋放之研究

本研究採用綠色製程合成MOF:UiO-66-NH2、MIL-100Fe,雙溶劑置換移除客體分子後以HEVA提升晶性。高溫和長反應時間可提升UiO-66-NH2產率,但超過20小時產率差異小;劑量等比例增加時產率下降,高劑量使反應系不均而降低產率;合成時先加EtOH再加ZrCl4可減少受潮分解而提升產率。IR測定確認Icaridin才有的C-H特徵峰,證實UiO-66-NH2對Icaridin具吸附性。TGA測試出UiO-66-NH2吸附Icaridin後熱損率相較於純UiO-66-NH2變低,佐證其吸附性。TEM檢測證實主客體分子作用具分子自組裝現象。NMR製作檢量線估算MOF洗脫液中防蚊成份含量,發現UiO-66-NH2對Icaridin的吸附性優於其他防蚊物質。BET測試UiO-66-NH2具高比表面積和大量微孔結構,適合吸附實驗。散失試驗證明MOFs能高效延長防蚊物質釋放,MOFs散失防蚊物質主要是物理散失。

登「螳」入世-寬腹斧螳之孵育與捕食行為探討

本研究為探討寬腹斧螳之孵育與捕食行為。首先,設計AI螳螂與螵蛸辨識工具並進行野外踏查,以了解寬腹斧螳生存環境;接著,以自行設計製作之實驗裝置進行螵蛸孵育實驗,了解溫度與濕度會影響螵蛸孵化天數,光照時間則沒有明顯影響;接著,進行寬腹斧螳若蟲的飼育,發現以10mL自製容器可提高一齡若蟲的存活率,而隨著齡期的增加,若蟲對食物數量的需求逐漸增加。 最後,進行寬腹斧螳捕食行為實驗,發現光照強度、聲波頻率會影響寬腹斧螳若蟲捕獲果蠅的時間,寬腹斧螳若蟲的捕食距離可達兩步長。最後,關於食物部分,寬腹斧螳若蟲可捕食移動中的人工飼料、水中的孑孓、停駐的蚊子、比自己小的爬行昆蟲-黃迷若蟲和比自己小的步行昆蟲-紅姬緣椿象。

樂高EV3積木遠程遙控多功能陪伴寵物機

本研究主要是以樂高EV3為核心,設計「車炮合一」可遙控的移動載具發射器,並適合應用於寵物互動。我的設計最大特點是透過自製的發射機構,在零食發射系統中可發射10發以上的狗零食,玩具球發射系統最多可發射五球,這些發射的落點集中,力道不強,所以不會對寵物造成傷害,而彈跳的軌跡與次數,均能增加寵物狗的吸引力與趣味。另外機體功能的改良:履帶能適用於多種不同的室內鋪地,與寵物互動不受限制;AI功能中的超聲波智能避障距離20公分內不會碰觸到障礙物也不會對寵物有影響,範圍限制可保障機體,不會有損壞的危險。最後經過與寵物狗實測,發現小狗對本機器播出的語音會有反應,發射出的零食會啃咬,投擲出的小球也會追著玩耍。

高中生蔬食認知、飲食生活型態與蔬食消費意願之調查

近幾年全球蔬食風潮的興起,蔬食飲食成為一股新的飲食趨勢,餐飲業者們也開始推行各式各樣的蔬食產品,選擇蔬食的人們越來越多,蔬食不再僅是一種飲食方式,更是對環境永續、氣候變遷與保護動物的表態。本研究以高中生為研究對象探討人口統計變數對蔬食認知、飲食生活型態與蔬食消費意願是否有顯著差異。預試問卷使用嚴謹問卷設計並發放正式問卷給高中生進行問卷填寫,最後進行問卷結果分析及質性晤談了解其原因。經單因子變異數分析發現平日主要飲食對於飲食生活型態及蔬食消費意願達部分顯著差異。相關分析發現健康因素、永續發展、環境保護、推薦意 願為主軸並呈現中高度相關。而線性逐步迴歸分析以環境保護、推薦意願、自然感知解釋度最大。

利用免疫螢光染色探討胞外基質在果蠅老化過程中對生殖幹細胞流失之影響

幹細胞具有自我更新與分化的功能,對於組織修復至關重要,於特化微環境,稱為龕。龕會與幹細胞直接接觸並透過分泌訊息因子維持幹細胞的特性。然而隨著生物老化,龕功能會隨之下降,間接影響幹細胞數量與活性,並導致組織無法修復而衰老。幹細胞如何應對老化龕以及老化對於幹細胞直接影響還不清楚。本研究利用果蠅睪丸生殖幹細胞(GSCs),探討老化對GSCs流失的影響機制。 實驗室研究發現,當公果蠅老化,一種分泌型胞外基質蛋白Perlecan(Pcan)會在GSC與龕周圍積累,導致GSCs無法直接接觸龕而流失。因此Pcan的累積與老化引發GSC流失是直接相關的,然而Pcan是由哪種細胞分泌目前尚未了解。

水中清道夫─「龍蝨」號,啟航!

為三隻小龜創造一個乾淨永續的生存空間,激發我們隨時產生的小小創意,透過探究實作完成我們的「龍蝨號」水中清道夫它沒有高科技的AI人工智慧和酷炫的外表造型,只有單純外表和簡單機械智慧:一、利用虛實連接的可變四種齒輪比的變速裝置;二、超距力實踐的磁力傳動裝置;三、尖端接觸減少摩擦力的磁浮構造;四、雙微動開關構成的避障裝置;五、磁簧開關達成隔空啟動的實現;六、可充電鋰鐵電池續航無限;七、善用材料與物件特性,創發出簡易、快速的替換操作;八、船體不偏航的關鍵─在船體後方並列的「泵」導風罩和螺旋槳的組合─轉動方向要相同。「龍蝨號」啟航一池清爽,三隻小龜永保安康。

風生水起-空氣產水IoT裝置

本研究探討如何利用空氣中的水分開發出創新型的空氣產水裝置。首先透過文獻探討,比較冷凝式和吸附式等不同空氣產水技術的優缺點。接著依據文獻分析,設計並製造結合冷凝式和吸附式的模組化空氣產水裝置,利用致冷晶片和矽膠做為冷凝和吸附的核心元件。實驗結果顯示,致冷晶片在工作電壓5V(功率9.2W)時,冷端溫度最低約9.4°C,對提高冷凝效率最有利。空氣產水裝置在此電壓下,產水速率可達5.41g/hr。但若考量能源效率,則在2V(功率3W)時每度電可產生550克水,產水能力最佳。而環境濕度是影響裝置效能的關鍵,當濕度低於40%時幾乎無法產水。溫度升高有助於提升產水效率,但太低時則會影響冷凝效果。基於上述實驗結果,我們結合Webduino成功開發出空氣取水IoT裝置。

扎心語錄-三角觀「心」

本研究探討心臟線特定點內接三角形。透過單位圓上的動點,以兩種方法生成心臟線的軌跡,將兩種方法疊合後可得到三個特定點,此三點所形成之三角形稱為心臟線特定點內接三角形。本研究利用相似形做出內接三角形三頂點坐參數式、三邊的直線方程式並觀察直線族形成之包絡線。以幾何軟體展示此三角形之重心、外心、內心和垂心的軌跡並做出軌跡參數式。進而討論四心的極值及其隨著角度變化之移動速率。此外,我們發現此三角形恆為鈍角三角形。最後,給出 此三角形的尤拉線方程式,觀察直線族形成之包絡線,再根據尤拉線特性得 ̅𝐻𝑃3//̅ML, ̅𝐻𝑃3:̅ML=2:1。並發現當內接三角形為等腰三角形時,其高和半底的比為白銀比例。