全國中小學科展

臺灣

Insights into the Anti-Inflammatory Effects and Physicochemical Properties of Polysaccharides Extracted from Selected Medicinal Mushrooms

硫磺菇(Laetiporus sulphureus)和桑黃菇(Sanghuangporus sanghuang)是東亞,特別是台灣森林中的兩種真菌。這些真菌的次級代謝物,特別是多醣,具有抗炎和抗癌的生物效應;其地面子實體長期被當地人作為傳統藥物使用。然而,這些藥用特性及其機制尚未充分研究。本研究旨在分析和量化這些真菌多醣的抗炎效果。從硫磺菇中提取硫酸化多醣,從桑黃菇中提取非硫酸化多醣,並使用水和乙醇進行多步純化。隨後,將純化後的產品餵給巨噬細胞進行體外測試以檢查其抗炎性。硫酸化多醣的最佳濃度為150 ppm,能夠最大程度地降低自由基濃度21.6%,且不影響細胞活力。相比之下,桑黃菇的所有多醣濃度均顯示出增強的細胞炎症,顯示其作為藥物無效,因為沒有去除真菌毒素。相比之下,硫磺菇的硫酸化多醣顯示出其藥用潛力,對生物醫學和生物探索領域具有新啟示。

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,仰賴優勢物種支撐。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。貓兒菊已入侵成為優勢物種,花粉汙染90%的物種,必須移除。

探討PVC對蚤狀溞生理、生殖及DVM的影響

微塑膠在自然環境中普遍存在,甚至被生物攝取後進入食物鏈間傳遞。由於水蚤族群敏感性高,常作為監測水域環境變化的重要指標。我們以不同PVC濃度(0.01mg/L及0.1mg/L)為變因,探討微塑膠對於水蚤的生理、生殖及晝夜垂直遷徒(DVM)行為影響。結果發現0.01 mg/L、0.1 mg/L PVC濃度環境,皆不會影響蚤狀溞的存活率,但是會提高蚤狀溞的心率及降低趨光行為。而0.1 mg/L PVC濃度環境會使蚤狀溞提前進入生殖階段,子代數量明顯高於對照組,出生在0.01 mg/L 、0.1 mg/L PVC濃度環境的初生蚤體長有離散程度大的趨勢。蚤狀溞DVM屬於日間在深層、夜間在表層的Nocturnal migration 模式,但在具有PVC的環境中,夜晚有較高比例停留在深層,此一行為改變,也會反應在食物鏈後端掠食者上,最終甚至可能影響魚獲,若在水面增設燈光照明可以改善蚤狀溞夜晚停留在深層的現象。

方格裡的秘密—隨機分布的機率探討

本文研究了一個信息完全公開的組合遊戲,探討當一群人被完全隨機的分配到模型裡時,其初始位置與特定位置所形成的包圍關係,並探討最佳的人力分配。本研究通過座標解析與不等關係的代數運算等方法,成功找出獲勝條件對於遊戲雙方的限制,並進一步解決問題。在研究的過程中,也將結論擴展到不同模型,探討不同模型對於遊戲造成的影響,並比較其結論有何區別。

正本「塑」源-探討河川塑膠微粒

基於對鄉土的關懷,我們選定高屏溪流域,來研究河川中塑膠微粒的尺寸大小和含量,透過光譜來了解塑膠微粒的材質。高屏溪流域是跨高雄及屏東地區最大的河流,我們共分為枯水期及豐水期來採水,比較不同季節之塑膠微粒類別,若以形狀區分:枯水期塑膠纖維最多,豐水期塑膠薄膜最多。若以尺寸區分:枯水期100~500μm的佔最多,豐水期25~100μm的佔最多。若以材質區分,枯水期含量最多分別是PE及PP,豐水期含量最多分別是PE及PET。若從顏色區分,大多是白色及透明為主要顏色。以上實驗結果可供主管機關列為重要監測參考,特別是國內少有研究單位或機構,在進行高屏溪流域塑膠微粒類別、含量之調查與研究,因此本研究重大發現為國內創舉深具意義,可供相關單位後續深究參考之價值性。

深度學習預測仿生複合材料的斷裂行為

本實驗主要透過程式模擬及數據分析,探討受力材料之裂紋走向。透過模擬,我們找出會影響裂紋發展的因素,如原斷裂紋的長寬比。於不同的的材料會影響裂紋走向,我們將材料設置為單一材料與兩種材料組成的複合材料進行探討,並將結果進行分類。此實驗有助不我們去理解同的初始裂紋對不材料後續的裂紋關係,目前也正在嘗試利用cGan系統預測複合材料與裂紋的關係,希望能預測出準確的結果。

培養間葉幹細胞以了解三微環境對形成脂肪過程基因表現的影響

本研究旨在比較人類間葉幹細胞 (human Mesenchymal Stem Cells, hMSCs) 在三維球形微孔和二維平面聚丙烯醯胺 (polyacrylamide, PA) 水凝膠上的生長和分化特性。我們製備了具有60μm直徑球形微孔陣列的PA水凝膠平面PA水凝膠,將hMSCs培養在這兩種不同的基質上,加入藥劑誘導向脂肪細胞分化七天。透過細胞計數、形態學觀察和成像分析,我們系統地比較了細胞在兩種環境下的形態變化、脂大小 和分化進程。再透過RNA-seq分析,我們找出了三維及二維環境培養的細胞的差異表達基因,並做出火山圖與熱圖。 本研究建立一種新型三維球形微孔的培養環境、,成地地 hMSCs提供更接近體內條件的微環境。進一步觀察hMSCs在三維環境中生長與分化,期許 組織工程和再生醫學領域提供新的見解和潛在的應用方向。

芋頭生物塑膠材質的熱水即溶包研製

2023年聯合國氣候變遷大會(COP28)決議 2050年淘汰化石燃料。2022年聯合國環境大會制定從源頭減少塑膠垃圾的公約。為了回應這些全球目標,本研究利用廢棄芋頭皮的黏性製作生物塑膠,用於泡麵內調味料的熱水即溶包。常溫下為調味料包裝袋,熱水沖泡後即可溶解,成為富含營養的食材。 我們發現有八種配方能夠成功使其成形。其中,成本最低的配方為芋頭:明膠:小燭樹蠟:甘油:水=20:15:9:9:70。該產品在76°C以上的熱水中能夠溶解,第一次裂解時間為8秒鐘以內,之後會完全溶解。該裂解時間y(s)與溫度x(°C)的關係為:y=9.53×10¹¹x⁻⁵.⁹⁸。這使其適合用於泡麵時的熱水溫度,約 80°C以上。 物理性質包括:拉伸強度為0.70kgf/15mm,伸長率為20.4%,密度為1.11 g/cm³,含水率為20.3%。所有配方成分皆可食用,並可溶解於熱水中,適合作為泡麵調味料塑膠包的替代品,有助於減少農產廢棄物的處理量。

「梅」來演趣—探討台灣梅雨季之大氣流型演變與模擬

為了解台灣梅雨季的氣候特徵,本研究分析了2009至2024年間五、六月的降雨、風場流型及大氣環境。結果顯示,東北部冬季多雨,而西部地區則自五月梅雨季開始進入雨季,台灣的降雨區域逐漸南移,顯示大氣環境在此期間發生變化。我們分析了16年間的風場情形,歸納出7種單一風向流型及2種過渡流型,並整合其趨勢。我們發現,梅雨季期間,寒冷流型的出現頻率逐漸減少,而溫暖流型在夏季成為主流,不同流型之間的轉變具趨勢性。整合降雨資料後,結果顯示盛行風、低壓帶、地形效應與過渡流型對降雨有顯著影響,且發現致災性梅雨的發生條件。最後,本研究設計模擬裝置,利用不同密度的海藻酸鈉溶液與台灣模型,可模擬出符合本研究歸納的流型。

模擬黑洞潮汐破壞事件之演化和分析其逃逸比例與吸積率之探討

在超大質量黑洞周圍,偶爾能觀測到潮汐破壞事件的發生,而這也是一個能夠探測黑洞的手段。潮汐破壞事件是一種特殊的現象,當一個天體進入到所謂的「洛希極限」半徑範圍內時,因為受到的潮汐力超越了自身的重力而遭到撕裂。當這個事件發生時,會因為黑洞在吸積的過程中產生明顯的亮度變化,因此可以透過一系列的亮度變化觀測潮汐破壞事件,並可以推算黑洞的各項參數,因此潮汐破壞事件在天文學的發展上有其重要性。 因此,我們想要嘗試模擬潮汐破壞事件的演化過程。我們學習Linux語言以及如何使用Mcluster和PeTar等模擬軟體,並透過Python分析模擬結果,然後與理論預測值進行比較,以了解我們有那些地方需要修正。