全國中小學科展

臺灣

藥命時刻---天然環境農藥降解與大範圍消除方法研究與討論 Time for No Pesticide on My Plate : Research and discussion on methods for degradation and large-scale elimination of pesticides in natural environment

本實驗研究常見除草劑「固殺草」的降解與檢驗,同時利用各種物質與方法嘗試消除農藥,並尋找消除農藥「固殺草」的最佳方法。 本研究發現:藉由產生「親核取代反應」(Nucleophilic substitution) 能有較佳的消除農藥效果,並且當環境物質含有越多量的胺基酸與維生素時,其消除農藥效果也越好。 根據實驗結果,我們利用環境中易取得的物質,自製簡單、便宜的農藥消除劑,用來協助農民與一般民眾消除農作物上殘存的農藥,並根據實驗結果可以在極短時間內去除99%以上的農藥殘留,期望幫助民眾遠離農藥的毒害。

棋盤中放入最多骨牌數及方法數探討

本研究改編自2015 EGMO P2,探討在𝑛 × 𝑚的棋盤中放入最多的1 × 𝑡或𝑡 × 1的骨牌,並使得每一個𝑡 × 𝑡還有空間再放入一個骨牌的方法數。原本題目是𝑡 = 2, 𝑛 = 𝑚為偶數的情況。於是我先從𝑡 = 2開始研究,推導出 (1)𝑛, 𝑚皆為偶數、(2)𝑛, 𝑚一奇一偶、(3)𝑛, 𝑚皆為奇數的答案。接著再推廣到 (4)任意的𝑡且𝑡∣𝑛 = 𝑚的結果。最後再討論 (5)𝑛, 𝑚分別為𝑡的倍數、模𝑡餘1的數,或其他數等不同可能性得出的不同答案。

神秘的數字圓舞曲 - 探討質數環排列的存在性

如果正整數1~n存在環狀排列,使得相鄰的數字和皆為質數,則將其定義為質數環。 本研究主要使用不同方法探討質數環的存在性。在本研究與文獻中,都沒有寫出質數環通式的方法,因此我藉由孿生質數、類孿生質數、一般質數(相差不固定的質數組)等方法,構造特定值的質數環,並使用程式驗證各定理在有限範圍能構造出質數環的整數個數、比例。 本研究的貢獻之一在於發展出類孿生質數構造質數環的方法,我突破質數對相差變大會比較難找出數字關係的框架,延伸孿生質數的方法至類孿生質數,還結合一對孿生質數與一對相差四的質數以構造質數環。 更進一步地,本研究提出使用不限定差的質數組構造質數環的方法,擺脫孿生質數猜想,使這個問題的解決方法更一般化。

探討CTEN影響NF-кB路徑與細胞遷移之關聯性

C-terminal tensin-like(CTEN)是種可調控細胞遷移的蛋白質。在正常細胞中, CTEN 表現量低且多位於細胞質;然而癌細胞的 CTEN 則是過量表現於細胞核中,且目前研究指明 CTEN可能影響NF-κB路徑的活化,因此本研究探討癌細胞核中 CTEN 對 NF-κB 訊息傳導路徑,以及細胞遷移癌化的機制。目前研究結果證實:表現量位於癌細胞核的實驗組對於NF-κB轉錄活性有顯著的提升(其p-value < 0.05),且與空白對照組比較,其提升細胞遷移的能力約增加11倍。實驗挑選六種與細胞發炎、癌化相關的基因 ,以qPCR 測定CTEN與其表現量的關係,歸納結果得知癌細胞核中 CTEN 與這些基因沒有明顯的正相關。本研究接續研究CTEN影響NF-κB路徑及其與EMT的關係,瞭解CTEN、基因在這些路徑的交叉作用,將可提供更為新穎的癌症治療干預靶點。

克雷伯氏肺炎菌莢膜型K47菌株之噬菌體分離及其莢膜多醣分解酶表現

克雷伯氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae)近年來於亞洲盛行,其除了傷害健康外,亦對於醫療經濟造成一定程度的影響。隨著時間發展,此細菌也逐漸獲得了抗藥性,使早期使用之抗生素不再有效,因此,尋找治療此疾病的替代療法成為近年來持續被關注的議題。由於其對細菌具高度專一性,噬菌體之莢膜多醣分解酶被認為極具開發抗生素替代療法之潛力。 本研究陸續於污水中分離純化出1212P2、H-P7、H-P8、0505P5、0505P6、05052P5、0505Kp3等噬菌體,並藉由一系列實驗,篩選出可能具有莢膜多醣分解酶的噬菌體。最後將候選噬菌體1212P2、0505Kp3進行全基因定序。 未來,將進行全基因序列分析,若成功比對並找到具有莢膜多醣分解酶潛力之基因,我們將對其加以表現並測試活性。並進一步進行體內試驗檢驗此噬菌體或其莢膜多醣分解酶的效力,探討其是否能作為開發藥物的工具,為對抗克雷伯氏肺炎菌盡一份努力。

基於高效可更新神經網絡的西洋棋人工智慧應用於嵌入式對弈棋盤

本研究以西洋棋為切入點,採用磁簧開關陣列來偵測棋子位置,並在設計中加入二極體以防止Ghosting效應,進而開發出一款以Arduino Uno開發板為基礎的智慧對弈棋盤。棋盤底部配備RGB LED燈,以便為使用者提供落子提示,並根據不同的落子類型呈現不同的燈光效果。 我們成功地透過簡潔的設計與高效的運算性能,實現了一個能夠識別棋手落子的智慧對弈棋盤,並能根據國際西洋棋規則提供正確的移動提示,讓完全沒有基礎的初學者也能在遊戲中學習並掌握西洋棋的所有規則。此外,我們還引入了基於Minimax演算法的輕量化AI和基於高效可更新神經網絡(NNUE)AI,並探討兩者之間的性能差異,從而使該智慧棋盤在節省運算資源的同時,可以在不連接電腦的前提下,具備一定的棋力,以支持棋手的技能提升與訓練。

以底棲魚生物放大效應探討邊緣海區域性汞汙染Marginal Sea Regional Mercury Pollution Revealed by Biomagnification Effects in Demersal Fish

海洋中有許多重金屬汙染,其中汞元素因為濃度低很容易被忽略,但卻容易經由飲食進入人體,造成嚴重傷害。也因其濃度低不易被測量,現今也少有海洋中汞汙染的完整資料。然而,在生物體中汞濃度會因生物累積及放大作用而較海水的濃度來得高,故本研究利用魚體汞累積速率(MAR)當作追蹤海洋污染之生物指摽,此方法將魚體總汞濃度除以年齡得到的汞累積速率,以去除生長時間的影響因素。 本研究利用習性不常移動之底棲魚種之MAR,分析與生物放大作用相關的掠食階級(Trophic Levels)之相關趨勢,經過篩選,研究分析了31篇過去於大西洋、太平洋及地中海採樣的文獻,將其中資料整理成趨勢圖,比較各區域汙染程度,發現各區的汙染程度呈現差異,同時提供觀測區域海汞汙染的新方法。

降脂轉肌–將脂肪轉變成肌肉的可能性探討

先前研究發現一種多元不飽和脂肪酸 15-keto-PGE2 能減少肌肉慢性發炎以及增加肌肉生長因子胰島素的敏感性,具有增加肌肉的潛力。我們探討此脂肪酸在小鼠中將脂肪組織轉成肌肉組織的可能性。 我們先以 15-keto-PGE2 治療肥胖型肌少症小鼠後,再以全基因組mRNA定序,發現在小鼠皮下脂肪中,肌肉特異基因表現量高度上升。透過基因表現路徑分析軟體 GSEA證實此脂肪酸會高度引發皮下脂肪中,與肌肉分化、肌肉收縮與肌肉結構相關的生物路徑。另外, 15-keto-PGE2 也可以誘導脂肪前驅細胞3T3-L1中與肌肉生成相關的基因表現。 最後,我們發現以 15-keto-PGE2 治療的老年肥胖型肌少症小鼠,體重、血糖、脂肪比例下降,肌肉質量及力量上升,證實了它在體內同時減少脂肪並增加肌肉量的效果。

Revolutionizing Metabolic Health: The Therapeutic Potential of Next-Generation Probiotic Akkermansia Strains (Z62, IR119) for Metabolic Syndromes

The human gut microbiome is integral to digestion, overall health, and metabolic disorder imbalances. Recent advancements in fecal microbiota transplantation (FMT) have highlighted the therapeutic promise of restoring healthy gut microbiota in populations with high incidences of diseases. Focusing on fecal DNA samples from healthy Asian individuals, this study examines the potential of novel Akkermansia strains, specifically Akkermansia muciniphila (Z62) and Akkermansia massiliensis (IR119), as next-generation probiotics for mitigating metabolic syndrome. A key aspect of the study is the investigation of short-chain fatty acids (SCFAs), which are produced and play a crucial role in regulating metabolic processes. SCFAs such as butyrate, acetate, and propionate are essential for energy provision to colon cells and exerting anti-inflammatory effects. The methodology involves selecting two Akkermansia strains, analyzing them through 16S rRNA and WGS, evaluating their growth and survival rates under acidic and bile-salt conditions, alongside their cell adhesion capabilities. The study focuses on the production of key short-chain fatty acids (SCFAs) and tryptophan derivatives by bacteria in regulating metabolic processes, as well as their anti-inflammatory effects on colon cells. Through in vitro assays, both strains exhibited survival in acidic/bile-rich conditions, though Z62 demonstrated superior adhesion to Caco-2 cells, suggesting a higher colonization potential. Metabolomic analysis revealed both strains produce SCFAs, including propionic and acetic acids, and indole metabolites, such as indole-3-propionic acid and indole-3-acetic acid, which are known to influence lipid metabolism and insulin sensitivity. In adipocyte cell models, IR119 significantly reduced lipid accumulation, while Z62 increased lipid presence. Furthermore, IR119 reduced pro-inflammatory cytokine levels, including IL-6 and TNF-α, suggesting potential for inflammation mitigation. The future potential of IR119 as a therapeutic probiotic is extraordinary in addressing complex metabolic and inflammatory diseases, which open new avenues for managing chronic inflammatory conditions like type 2 diabetes and cardiovascular disease. Future clinical trials could refine IR119’s efficacy, positioning it as a leading probiotic in preventive and therapeutic contexts.

克雷伯氏肺炎菌莢膜型K47菌株之噬菌體分離及其莢膜多醣分解酶表現

克雷伯氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae)近年來於亞洲盛行,其除了傷害健康外,亦對於醫療經濟造成一定程度的影響。隨著時間發展,此細菌也逐漸獲得了抗藥性,使早期使用之抗生素不再有效,因此,尋找治療此疾病的替代療法成為近年來持續被關注的議題。由於其對細菌具高度專一性,噬菌體之莢膜多醣分解酶被認為極具開發抗生素替代療法之潛力。 本研究陸續於污水中分離純化出1212P2、H-P7、H-P8、0505P5、0505P6、05052P5、0505Kp3等噬菌體,並藉由一系列實驗,篩選出可能具有莢膜多醣分解酶的噬菌體。最後將候選噬菌體1212P2、0505Kp3進行全基因定序。 未來,將進行全基因序列分析,若成功比對並找到具有莢膜多醣分解酶潛力之基因,我們將對其加以表現並測試活性。並進一步進行體內試驗檢驗此噬菌體或其莢膜多醣分解酶的效力,探討其是否能作為開發藥物的工具,為對抗克雷伯氏肺炎菌盡一份努力。