全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

利用粒線體UQCRC1基因缺失之巴金森氏症果蠅模式探討細胞自噬作用對於神經系統退化之影響

巴金森氏症是最常見的神經退化性疾病之一,目前尚無根治之法。研究已知,粒線體如果出現問題,會加速神經細胞退化。細胞自噬作用可協助清除功能不佳的粒線體,以維持神經細胞運作。電子傳遞鏈第三複合體核心中的UQCRC1 (Ubiquinol-Cytochrome C Reductase Core Protein 1) 基因點突變會導致巴金森氏症。然而,細胞自噬作用對於UQCRC1引起神經退化影響的仍不清楚。本研究中,在果蠅神經系統以RNA干擾方式降低UQCRC1表現量,建立巴金森氏症模式;而後利用不同藥物分別抑制或促進細胞自噬作用,觀察果蠅爬行能力;同時,利用MARCM遺傳工具,使果蠅組織細胞分為UQCRC1缺失和正常細胞兩群,觀察細胞自噬相關的蛋白表現量在兩群細胞間的差異。研究結果顯示細胞自噬對UQCRC1參與的粒線體功能缺損的神經退化有代償作用。

伸縮毛毛蟲-如何將正方形與正三角形的規律圖形面積平分

將正方形的邊長從1,2,3,4…依序增加,在面積最大的正方形左上角,加上一個長方形,使其寬等於最大正方形邊長的一半,將最左上角的點連接最小正方形右下的點,形成對角線,問長方形的長為多少時,此對角線能將圖形平分。在此,我們得到一些結論及一般化的證明。 接著,我們把正方形改成正三角形,將三角形的個數依序增加,而邊長依序是1,2,3,4…,在面積最大的三角形旁加上一個梯形,梯形的高為正三角形高的一半,接著畫出斜對角線,我們想問梯形的底為多少時,此對角線能將圖形平分。這個問題,我們也得到一些結論。

液滴與固體表面的碰撞行為探討

本研究利用注射器與蠕動泵浦穩定產生直徑 3mm 液滴,並以高速攝影觀察其撞擊行為。實驗發現液滴撞擊乾燥固體表面時,表面粗糙度對接觸角影響不明顯,親水與疏水材質則導致「錨定」或反彈翻轉。進一步研究顯示,液滴撞擊濕潤表面時,親水材質易拉緊液滴表面使其回彈,超疏水碳黑表面則造成液滴彈跳分離。針對濕潤IC晶片進行熱交換分析,結果指出高韋伯數液滴可打破錨定產生飛濺與擴散,顯著提升散熱效果,當韋伯數達193.3時降溫幅度達8.6°C,效能較低韋伯數提升近80%。本研究證實韋伯數與表面性質對液滴撞擊行為具關鍵影響,對液冷與熱管理技術應用具有潛力。

以雷達回波圖推估閃電發生的可行性研究

上高中後,我們將國中對閃電研究的興趣延續,國中的研究著重於閃電與降雨地形及溫溼度的關係,高中這幾年我們的目標是希望找出以容易取得的雷達迴波圖推估閃電得發生,高一及高二上學期間我們在研究過程中,對閃電的資料記錄方式、形成條件、現象等越理解,讓我們除漸漸得出穩定的研究結果,但也發現因為需不斷的調整以趨向大自然的真實狀況,我們方法有限制。本報告以我們初始研究為基礎,以調整後的方式進行深入分析,期望以其他的氣象資料輔助雷達迴波圖的可行性,並且以三維雷達回波資料分析降水粒子對閃電發生的影響,最終希望建立利用資料推估閃電發生的簡易閃電預報模式。

扁平長方容器中顆粒體之轉動現象探討

顆粒體(細沙、塑膠珠與鋼珠)於扁平長方容器內近二維堆積在高速轉動時,其自由面有要成為拋物線的趨勢,但因有摩擦力的存在易導致自由面出現中央尖錐區與兩側線性堆積區之分布,因而呈現類似W之外型。近二維堆積顆粒體高速轉動下,摩擦力大者(如細沙、塑膠珠)易在近轉軸處出現中央尖錐;而摩擦力小者(如鋼珠)在近轉軸處則易出現較平坦之分布。另近二維堆積顆粒體在轉動過程達穩定後之自由面分布,會受經過的歷程所影響,不具可再現性。 相同數量(1000顆)與尺寸(3 mm)的鋼珠與塑膠珠混合後以高速(>500 rpm)轉動,其堆積分布與同轉速下的鋼珠一致,代表混合態高速轉動後穩定堆積的自由面分布是由慣性大的顆粒體所決定。 顆粒體和液體轉動時類似卻又不同的現象讓值得進一步的探討。

有趣的同心三角形

本研究從著名的歐拉三角形公式出發,我們將圓內接同內心三角形,推廣至圓內接同重心三角形和圓內接同垂心三角形。有關同重心與同垂心三角形的存在性與作圖範圍,我們巧妙利用原三角形的九點圓來進行刻劃!再將研究項目放在同心三角形的邊的包絡線,我們先給出其焦點,再用純幾何方式來證明銳角三角形時,其包絡線為橢圓;鈍角三角形時,包絡線為雙曲線;直角三角形時,則是退化為垂心與外心。值得一提的是,本研究進一步整合同內心、同垂心、同重心三角形,發現面積成等比之關聯性。最後考慮將圓內接改成圓外切的同心三角形,這個難度提升很多,我們成功利用奈格爾線來處理這個研究項目,它顯著不同於圓內接同重心三角形。

朱文錦意識行為探討

動物的學習能力與思考能力為判斷動物智力重要標準。本研究利用朱文錦的制約行為探討其學習能力、記憶能力、辨色能力與數感能力。研究以自製六邊形場地訓練朱文錦辨認顏色、測量其記憶時長與辨色精確度,並訓練其辨認數量多寡,以測定朱文錦數感能力。實驗結果發現朱文錦能辨認紅色,並能被訓練使特定顏色與食物產生連結,在紅色區域滯留較長時間,證明朱文錦可被訓練產生制約反應。停止訓練後其記憶力可長達7週,記憶強度與時間成高度相關。在數感測驗中,發現朱文錦具有可分辨數量的能力,且分辨能力與數量的比值與差皆有相關。本研究證明,朱文錦具學習能力,記憶力長達七週,辨識顏色精確度可達明度差±40,並具有一定數感能力。

單手操作無障礙—鍵盤與滑鼠的整合設計研究

本研究旨在解決肢體障礙或單手使用者在操作電腦時所面臨的不便,設計一款融合鍵盤與滑鼠功能的單手操作裝置。透過自製PCB電路板、客製化鍵帽與鍵軸配置、3D列印人體工學外殼,以及整合滑鼠感測器與QMK韌體技術,實現單手即可同時完成鍵入與游標控制的操作方式。我們的實驗結果顯示,單手使用時相較於傳統鍵鼠組合,本裝置能大幅減少手腕移動的距離與次數,有效提升使用效率並降低疲勞感。產品設計不僅針對身障者,也適用於特定單手使用情境,具備良好的通用性與實用價值。未來將持續優化硬體與軟體,期望推廣至更廣泛的使用族群,實踐科技輔具的社會意義。

消氨×植碳:比較養殖水與自來水對氮循環與空心菜固碳效益的影響

本研究探討「養水」過程水質穩定的重要性,再以養水組、自來水組為實驗及對照,分別觀察水中氨氮、亞硝酸鹽與硝酸鹽濃度變化,驗證硝化作用是否自然發生。結果,靜置兩週能有效培養硝化菌,建立氮循環。當硝化菌大量生成後,水質會突然呈現清澈狀,若穩定度被破壞之後,還需要12天才能達成平衡。 再探討「養殖水」利用在種植上,可促進植物生長並兼具氮循環與碳固定功能。我們分別比較養殖水組的空心菜長度、重量與碳含量均優於自來水組,推估吸收二氧化碳量提升超過20%。本系統證明魚類排泄物可轉化為植物養分,創造「消氨×植碳」雙效益,實踐水資源再利用與碳固定目標,呼應聯合國SDGs中(目標6、13),展現簡單可行又具永續價值的水耕共生系統。

自製益生菌-水克菲爾菌生長影響因素之研究

水克菲爾菌是一種可於2~3天內自行培養的益生菌飲品,本研究旨在探討影響其生長的關鍵因素,透過針筒定期測量產氣量,並記錄pH值與最終菌重。結果顯示,富含礦物質的黑糖與椰糖最有助於菌體生長。查閱文獻後推測鈣離子為關鍵因素,進一步實驗亦證實添加鈣粉能顯著促進生長。使用如煮沸放涼的自來水,因富含鈣離子,菌的生長優於其他水源,再次印證鈣離子的成效。此外,當【菌:糖:水】= 1:2:4 時,產量最高。養菌過程建議保持通氣;溫度25°C時菌的生長最佳;菌若曾處於低溫(1℃)或高溫(30℃)環境一週,即使後續置於25℃,其活性仍受抑制。本研究成果可應用於水克菲爾飲品製程條件之優化,提升其品質與穩定性。