全國中小學科展

臺灣

以農電共生方式提升台灣太陽能總發電量

台灣現行的「毀農式種電」政策犧牲農地以增進太陽能發電,導致農業用地縮減、農民收入減少,能源需求與農業發展間產生衝突。我們參考日本成功的農電共生模式,提出一種可滑動的太陽能發電系統,利用Arduino控制太陽能板的開合,兼顧農地種植與發電效能。此系統結合植物光合作用原理,特別適合種植半日照作物或具有光合午休特性的植物。當植物進行光合午休時,太陽能板滑動展開以提高發電量;在強光高溫時段,太陽能板則可遮蔽陽光,避免植物葉片受損。此方案不僅能恢復「毀農式種電」土地的種植功能,也讓農民獲得穩定收入,實現農業與綠能發展的平衡。這套模型提供具體且可行的解決方案,期望在提升台灣總發電量的同時,達成淨零減碳目標,並促進農業的永續發展。

麥克納姆輪車直線 360 度全向控制與角度誤差之探討

近年來,作者觀察到餐飲業及飯店業引入自主移動機器人(AMR)提供服務,受到廣泛歡迎。不僅如此,隨著AI的風潮,愈來愈多產業引進機器人補足人力的空缺。就輪式機器人而言,麥克納姆輪具相對優異的機動性和運動靈活性,但傳統麥克納姆輪的行進模式只侷限45度倍數的方向。針對此限制,本研究分析傳統麥克納姆輪的合力方向,通過數學推導和實際控制方式的驗證,確認其18個方向移動的數學式,再利用ESP32-S單晶片的WIFI驅動控制系統,實現並驗證 合力分析結果 接著,進一步 建立 麥克納姆輪的全向 360 度直線移動的數學式, 並且用 PWM 脈波調變,實現全向控制。此外,分析地面材質對車子移動的影響,測試出麥克納姆輪適合的地面材質,針對誤差給出可能的校正方式以達更精密的控制。希望就本研究結果擴展未來的應用範圍及使用價值。

治癌良「芝」—探討樟芝萃取物對口腔癌幹細胞的影響

研究旨在檢測牛樟芝菌絲萃取物4-Acetylantroquinonol B和Antrodin C對口腔癌幹細胞的影響。過去研究發現細胞膜蛋白CD44的表現與癌幹性有密切關係,因此本實驗著重於追蹤CD44的表現情況。透過3D懸浮培養獲得腫瘤球來擴增癌幹細胞群並用流式細胞儀分析。隨著兩種牛樟芝萃取物的濃度增加,CD44表現量下降,顯示此二化合物可能可以抑制其表現。實驗顯示牛樟芝萃取物不僅抑制癌幹細胞的存活率,且在低濃度下顯著抑制成球效率,還能促進癌幹細胞的凋亡。研究結果說明牛樟芝萃取物對癌幹細胞有影響,而這個發現可能可以提供潛在的治療靶點,有益未來口腔癌治療發展。

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與Dabrafenib對未分化性甲狀腺癌(ATC)進程機制之探討

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與上皮細胞間黏附、信息傳導、增殖與分化等功能有密切關係,已被證實會在多種上皮癌細胞中大量表達,被視為一種可行的臨床標記。透過 細胞存活率、細胞群落、轉移與侵入試驗,觀察到EpCAM能增強未分化性甲狀腺癌(ATC)的細胞增殖、生長、轉移與侵入能力。 此外實驗發現dabrafenib小分子抗癌藥物處理的ATC,其細胞增殖、生長、轉移與侵入能力均有下降的趨勢,而細胞凋亡程度則有顯著的上升。此次研究藉由西方墨點法發現,磷酸化ERK蛋白的表現量隨dabrafenib濃度的上升而逐步下降,顯示dabrafenib能夠抑制ATC細胞訊息傳遞路徑中ERK蛋白的磷酸化,進而影響ATC的生長。若能深入了解EpCAM和dabrafenib在癌細胞中的作用機轉,EpCAM相關藥物與dabrafenib未來在臨床應用上,或許能為ATC患者提供另一種新的治療方式。

短期睡眠剝奪對小鼠免疫系統的影響

現代社會中,睡眠剝奪已成為普遍問題,人們對其對免疫系統及整體健康的負面影響愈加關注。本研究使用特製的旋轉鼠籠讓小鼠連續72小時保持清醒,探討急性睡眠剝奪對小鼠免疫反應的影響。研究發現NK細胞與脾臟中的記憶CD8 T細胞比例明顯減少,顯示細胞毒性功能受損或記憶免疫反應下降。與此同時,抗炎細胞因子的表達增加,而促炎細胞因子和相關基因的表達則有顯著下調。此外,雖然觀察到B細胞比例有所增加,這可能是免疫系統在細胞免疫功能受損時,維持免疫穩態的反應。這些發現揭示了睡眠剝奪可能抑制免疫系統造成損害。本研究強調適量睡眠對維持免疫平衡的重要性,並指出睡眠不足可能促進慢性免疫問題的發展。在此基礎上,後續研究可探討短期睡眠剝奪與腫瘤及免疫系統的關聯,並延伸至長期剝奪的影響。

大生熊蟲自體螢光於檢測蔬菜硝酸鹽之應用與螢光機制探討 Application and Mechanism of Tardigrade Macobiotus Autofluorescence in the Detection of Vegetable Nitrates

利用鏡檢大生熊蟲形態檢測蔬菜中硝酸鹽壓力,常有形態判別問題,本研究想利用其自體螢光開發新型檢測模式,利用硝酸鹽壓力下其活動與隱生比例差異與自體螢光強度關係,檢測硝酸鹽濃度。顯示其自體螢光最佳激發波長為488 nm,製作檢量線(R2=0.99)與自製裝置使用470nm波長激發以壓克力濾光(R2=0.97)可檢測0〜156 mg/L硝酸鹽,可改善鏡檢缺點,並嘗試應用,發現蔬菜硝酸鹽 (小白菜492mg/L),超出其自體螢光檢測極限,且蔬菜萃取液會影響大生熊蟲自體螢光,目前能進行定性分析,後續將分析蔬菜中造成干擾物質,繼續評估其應用性。探討其螢光機制,利用組織切片,探討大生熊蟲自體螢光強度與表皮層厚度在隱生和活動狀態下,是否具有相關性,發現脫水樣本自體螢光強度與螢光面積較活動樣本無差異(p>0.05),推測自體螢光強度會受到其隱生時體表收縮程度有關。

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。

二氧化鋯量子點在文物修復與減碳科技應用的潛力

本研究成功以水熱法在 110°C 下合成了約3.90 nm 大小的ZrO2量子點(QDs)。此設計的ZrO2 QDs 能隙為5.03 eV(波長λ < 300 nm),在可見光和紫外光範圍內無明顯吸收特徵,呈現高度惰性和穩定性,適合應用於抗紫外線塗層或顏料。而ZrO2 QDs 表面豐富的氧空位與不同溫度下的CO₂轉化率及CO/CH₄產物選擇性相關。氧空位為帶部分正電的酸性活性位,CO2作電子受體為路易士酸。經氧氣環境加熱處理後的ZrO2 QDs 能提高CO2轉化率且在低溫條件下選擇性較高能促進電子轉移生成CH₄(每分子8e⁻ 轉移)。不同金屬簇(如Fe、Ni、Co和Cu)表面修飾後,Fe-ZrO2 QDs 被證明為最佳催化劑,低溫下更有效促進CH₄生成,且優於ZrO2 QDs。這顯示Fe與ZrO2間存在顯著的強金屬-載體相互作用(SMSI),提升Fe捕捉CO₂分子的能力。此特性突顯ZrO2於碳減排技術的潛力,能有效將CO₂轉化為可再利用的碳基燃料或化學原料,為減少溫室氣體提供實用解決方案。

連通圖上行走路徑經過邊數期望值之研究

本研究延續自作者前一年的研究「連通圖上行走步數期望值之研究」,原題為在一個六面體中,有一隻螞蟻位於其中一個頂點並沿著邊行走,每當牠走到頂點時就會選擇一條邊繼續行走,且牠前往任何方向之機率皆相同,但不可走回頭路,求螞蟻回到出發點時經過邊數之期望值。本研究將題目延伸出了以下幾個問題,得出結論後並證明。結果如下:Kn (n - complete graph)、任意tree、Cm★Cn、Km★Kn中,螞蟻從其中一點vi出發,第一次走到另一點vj時經過邊數之期望值通式。除了研究不同的圖上點到點經過邊數期望值通式,針對圖論中經常用的距離 (點到點的最短路徑經過邊數) 與點到點的期望長度最大者進行比較,探討在圖上之性質。

平面及空間中直線循環的矩陣變換

此份研究主要探討:給定一組平面中或空間中的n條直線L1、L2、…、Ln,就這n條直線的相對位置、交點情形及n,判斷是否存在矩陣變換T使得Lk可經由矩陣A映射到Lk+1,其中k=1,2,…,n且Ln+1=L1,並討論矩陣的唯一性與求出矩陣的一般模樣。