全國中小學科展

臺灣

「吸」以「灰」常-新型板擦之研究

本研究將傳統板擦與板擦機進行結合,製作出能及時清理布面的吸塵板擦。我們的實驗測試了板擦各零件結構與材料的效果、自製吸塵板擦使用時空氣品質、板擦布上粉筆灰滯留量、噪音分貝數,而實驗結果證實自製吸塵板擦能夠有效地解決了使用傳統板擦時無法及時清理、粉塵飄散,傳統板擦機使用時噪音過大等問題。本研究不僅努力為師生創造出優質的教學環境,也使板擦能被及時清潔、提高了板擦的清潔效率以降低了粉塵在空中對師生的影響。未來我們希望能夠進一步優化,提高實用性、擦拭效率,並成功在校園中普及化。

跳躍圈躍起與滑動的力學條件分析

本研究探討跳躍圈躍起與跳躍圈滑動的力學條件。首先以剛體力學理論導出平面與斜面上跳躍圈躍起的條件,我們使用雷射切割機自製圓環並以強力磁鐵當作加掛重物,在平面與斜面上進行實驗,手機錄製影片後使用Tracker進行分析,確定跳躍圈躍起的條件γ∙ac∙cosϕ>g與實驗數據吻合。此外在影片中發現跳躍圈在躍起前,會先從純滾動變為滑動,此一現象稱之為純滾動破壞,我們也以剛體力學理論導出了斜面上跳躍圈從純滾動變為滑動的條件,手機錄製影片後使用Tracker進行分析,確定實驗數據與理論公式相符。

雙偶幻方之研究與破解

本研究主要在探討雙偶幻方的解法,我們一開始使用數列交叉擴展法來解雙偶幻方,但後來發現這個方法受到兩個數一組的限制,所以只適用於2n階幻方。為了能涵蓋更多的雙偶幻方,我們試著把改變數字交叉擴展法並與羅伯法結合,創造出一個可以破解所有雙偶幻方的解法,並進行一般式的證明,最後利用斜排特性構造出更多種4n階幻方解法。

「仙」境「桃」花源-蛋黃果的開發及應用

本研究選用蛋黃果(Pouteria campechiana)為原料開發成加工製品以增進蛋黃果之利用價值。添加不同比例蛋黃果於生鮮麵條,並分析相關影響。添加30%蛋黃果麵條色澤變化差異最大且抗氧化能力DPPH)及還原能力FRAP)皆最佳,但其彈性最差。蛋黃果麵條與原味麵條,在整體喜好上,無顯著性差異。結論30%蛋黃果麵條抗氧化分析結果最佳,但彈性最低影響口感,宜選用20%蛋黃果麵條在保有抗氧化活性下對口感之影響較少;選用熱風乾燥與真空乾燥在不同溫度下製作蛋黃果乾。80℃真空乾燥速率最快80℃熱風乾燥硬度與脆度最高。以80℃熱風乾燥及80℃真空乾燥之果乾較受消費者喜愛。結論未來可利用複合式乾燥方法,提升乾燥效率及產品品質。

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。

桑白皮素透過抑制NUP62基因表現抑制GBM細胞遷移

本研究發現桑白皮素(Morusin)可抑制多形性膠質母細胞瘤(Glioblastoma, GBM)的細胞遷移作用,並透過觀察其細胞骨架的變化和NUP62基因表現量的變化,研究可能造成其抑制細胞遷移的機制。 從細胞遷移實驗(Transwell migration assay)觀察到Morusin能抑制GBM細胞的遷移能力,再對其細胞骨架的F-肌動蛋白(F-actin)染色,觀察GBM細胞骨架形態上差異。 接著透過次世代基因定序(NGS),找出受到Morusin影響的基因,並透過查詢文獻探討已被證實與細胞遷移相關的基因。我們發現了NUP62的基因表現量會受到Morusin抑制,且文獻中也提到了其在細胞遷移中的作用。最後透過RT-qPCR和Western Blot確認Morusin處理後的GBM細胞會降低其NUP62的基因表現量。

一點一滴――以水滴撞擊液面的動態過程探討水滴斷裂之機制

本研究將水滴撞擊液面的動態過程分為三個階段:水滴撞擊液面形成水窪、水窪形成水柱以及水柱分裂為水滴,在此三個階段,我們皆找出了良好的量化關係。根據我們推導的公式可看出,水滴撞擊液面速度愈快則水窪則愈大,且水窪形狀皆相同。水窪愈大則會形成初速度較慢且較粗的水柱。在水柱分裂為水滴的機制探討中,我們發現分裂的水滴可分為三種,分別為噴射水滴、滯留水滴、凹陷水滴,其中噴射水滴僅在撞擊速度慢時出現,而滯留水滴與凹陷水滴涵蓋近所有撞擊速度。最終,我們找到了噴射水滴斷裂高的預測公式,故可利用撞擊水滴的物理性質,精準預測噴射水滴的出現與否,且與實驗數據極為相近。

蜿蜒曲折

本作品研究「從幾何圖形問題探究如何以最多或最少的路徑轉折次數通過各類幾何圖形的所有中心」,同時解決科學研習雙月刊的問題。主要將該主題分為:研究各類幾何圖形路徑轉折處只能在中心、路徑轉折處只能在頂點與路徑轉折處在中心與頂點給定依序輪流條件時,路徑轉折次數的最大值及最小值與邊格數之關係,更可延伸探討長方體及矩形不同路徑走法組合。再者,由路徑的行進方向發現,在將各類幾何圖形的路徑方向化為代數後,可將路徑過程表示為一個代數列。若代數列相鄰的兩項為相同代數,則該路徑為一直線;若相鄰的兩項為不相同代數,則該路徑為路徑轉折處。比較至代數列的最後一項,即可找出該幾何圖形的路徑轉折次數,並用代數列驗證其一般式。

「紫耀」你知道 紫斑蝶幻色條件之探討

紫斑蝶生態課程為我們的校本課程,然而在一次解說導覽的活動中,發現我們對於紫斑蝶的了解只流於資料記憶,於是展開了這一場科學觀察實驗。實驗設計中為了要避免光線干擾,我們自製暗箱,並利用RGB三原色的概念進行分析。發現在相機與紫斑蝶翅膀水平的條件下,不同的視覺角度,所呈現的幻色效果不一樣;光線的強弱也影響幻色的呈現;白色光線與黃色光線相較之下,白光的幻色效果較佳。透過探究歷程,了解紫斑蝶的結構色彩,是適應自然環境的重要方法,生活中也存在結構色的應用,現在人類也利用仿生科技的技術進步,將如同蝴蝶鱗片結構一般,應用在許多光電元件和材料上,發展出如信用卡與紙鈔的雷射防偽技術,甚至是能展現耀眼光澤的布料與烤漆。

LET 魚 GO—探討河岸墩式碼頭基樁設計,以減少死魚堆積問題

當地夏天的河岸碼頭常堆積了很多死魚,造成環境很大的惡臭問題。我們實地探勘和查考資料後,製造模型進行微型實驗,模擬了不同季節的風向、風速和浪的大小,以及墩式碼頭基樁不同的形狀對於死魚堆積的影響。 我們用 1/200的比例尺依照實境設計了模型河道,然後設計不同形狀的碼頭基樁模型。微型實驗中發現,矽膠小魚堆積與水流侵蝕和泥沙堆積有密切切關係,而碼頭基樁的截面形狀是「水滴流線型」或「雙尖流線型」,水流侵蝕效果最好,能有效減少65%的矽膠小魚堆積率。此外,採用被動式的雨水沖刷設計,把圓柱體後方的負壓區改成正壓區,也能有效減少22的矽膠小魚堆積率。我們的設計不僅符合環保,而且還能節省成本,能有效解決河岸碼頭死魚堆積的問題。