全國中小學科展

臺灣

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。

羽轉綠肥-自製肥料對蔬果生長的影響

羽毛廢棄物是畜產類廢棄物排名第二大宗,為了提高廢棄羽毛的實用價值與效益,我們利用啤酒酵母菌進行雞羽毛分解。經啤酒酵母分解一個月後的雞毛液肥,含有胺基酸濃度約為0.17 M,是市售肥組的5.67倍。以雞毛液肥灌溉高經濟價值的彩椒及福山萵苣,彩椒果實總質量比市售肥組高出84.6%,果實中含有葡萄糖濃度為23.8%,比市售肥組多出49.7%。碘量法的抗氧化能力試驗中,發現雞毛液肥灌溉的彩椒抗氧化能力比市售肥組高出91.3 %。清除DPPH自由基的能力實驗中,雞毛液肥組的彩椒果實汁液清除自由基能力約是市售肥組的2.82倍。雞毛液肥灌溉的福山萵苣的葉片總質量比市售肥組多出116.2%。可以發現啤酒酵母分解的雞毛液肥,確實可取代市售肥料,當作彩椒及福山萵苣的養分。希望藉此研究能將廢棄雞毛再利用,減少環境負擔,讓農業永續發展。

開發腸道菌外膜蛋白質純化方法及以AlphaFold 軟體對應合適製程 Developing purification methods for outer membrane proteins of gut bacteria and matching the optimal purification process by using AlphaFold.

可再現醫療效益之腸道益生菌關鍵分子是重要蛋白質,蛋白質純化極重要但傳統方法費時耗力,導致發展腸道益生菌保健食品的成本很高。本研究取用助於改善糖尿病和血脂異常的腸道益生菌 Akkermansia muciniphila 外膜蛋白Amuc_1100為樣品,先以傳統方法開發純化製程,利用親和性層析和離子交換層析找出純化臺灣本土菌株isolate 02和國際標準菌株BAA-835之條件及其差異,確認純化蛋白質可維持3日穩定。本研究進行AlphaFold 電腦模型預測蛋白質結構並進行蛋白質序列分析,發現蛋白質本身結構和電性不同才導致isolate 02和BAA-835純化製程條件有所差異。本研究提供全新展望,透過人工智慧將蛋白質結構對應到合適製程,大幅減少研發純化條件的時程,完善蛋白質純化方法學,並得到可量產且品質穩定的純化蛋白質。未來將選用其他臺灣本土 Amuc_1100樣品以擴大驗證及建立蛋白質結構與純化製程資料庫。

從幾何分析到正n邊形線段n次方和之探討

本研究要探討在兩同心圓,大圓的內接大正五邊形和中心在小圓上移動的小正五邊形在固定邊長、圓半徑的情況下,不論小正五邊形在圓上如何移動,其對應頂點的距離平方和、四次方和為定值以及頂點至對應邊的距離的總和、平方和為定值並試著推廣至正n 邊形並找出它們的定值為何 。

沙波紋與新月丘—從地球到火星

本研究旨在探究風成沙紋的型態和其移動速度及新月形沙丘的演化過程。利用吹出式風洞建立穩定且單一風向的風場,並運用不同粒徑的石英沙,以研究不同情況下沙紋和沙丘的變化。研究發現,風成沙紋的波長變化不僅受到風速、粒徑等特性的影響,還可能受到波峰後渦流長度的影響。另外觀察沙紋移動速度的變化後,可以明顯的發現與風速有高度正相關,亦討論能量的變化,並試圖建立風速與移動速度的轉換模型。在新月形沙丘演化過程的模擬中,我們歸納出三個主要時期:延伸期、崩落期和消逝期。我們也針對這些結果進行質性分析,透過觀察與討論,進一步了解沙紋與沙丘之變化過程與形成條件。最後我們比較了火星橫向風成脊(TAR)的形狀、動力及分布差異,推論其可能成因,希望進一步探究行星地表形貌的形成和演化過程。

柔性明膠電阻式記憶體元件在彎曲下的效能之研究 Study on the Performance of Flexible Gelatin Based Resistive Random Access Memory Devices Under Bending Conditions

本研究使用柔性PET基板,並將Al2O3沉積於明膠上作為介電層,製作電阻式記憶體-Al/gelatin/ITO-PET元件(AGI柔性元件),期望提升基板的可撓性,同時維持元件的基本運作模式。為檢測元件性能,本研究分別在平面及彎曲狀態下測量其電性。透過施加循環電壓於AGI元件,測繪其電流變化圖,並分析元件不同操作狀態下(平面、固定彎曲、動態彎曲)的電性穩定度。研究結果顯示,AGI柔性元件在每次循環間電流變化小,且在不同半徑的 動態彎曲測試中,電流-電壓(I-V)疊合圖的開關比均呈現穩定。綜上所述,AGI柔性元件在兩種彎曲狀態下能夠展現低切換電壓與穩定的開關性能,加上明膠的生物相容性和優異性能,表現出其在穿戴式記憶裝置的發展潛力。

吲哚類化合物抑制神經膠質母細胞瘤及癌幹細胞之潛力

癌症幹細胞被認為是癌症會復發的主因,本研究著眼於探討新合成吲哚類化合物對癌細胞及癌幹細胞的效應與可能的作用機制。透過體外細胞實驗,我們使用不同神經膠質母細胞瘤細胞株,評估化合物對細胞增殖、存活和凋亡的作用。接著以類癌幹細胞球篩檢評估化合物對癌症幹細胞的影響。研究結果顯示,該化合物對神經膠質母細胞瘤及其癌幹細胞皆有一定程度的抑制效果。 同時,透過分子生物學技術,研究化合物的分子作用機制,結果顯示化合物能對細胞生長和凋亡的路徑產生影響。研究結果有望提供對候選抗癌藥物在細胞水平的效能、選擇性以及對癌幹細胞的特異性反應的深入理解。 期望本研究成果可為癌症治療藥物的開發提供重要參考,並促使對癌症治療新方法的探索。這將有助於確定更具潛力的藥物候選者,為癌症治療領域帶來更具前瞻性的解決方案。

漫畫生成與預測

本研究探討了利用生成式人工智慧技術為漫畫創作帶來新可能性。在當今競爭激烈的漫畫產業中,創作者們需要不斷創新以吸引觀眾,而創作引人入勝的漫畫需要豐富的想像力和劇情結構。本研究希望能協助創作者製作草稿,並探索與AI當朋友的新型創作模式。在生成方面,提出了將漫畫劇情提取、劇情預測以及圖片生成三個步驟的生成流程,並使用了多種模型和技術,如 YOLO模型用於漫畫人臉檢測、文字生成模型用於劇情預測、LoRA技術用於模型微調等,為解決人物生成不連續的問題,我們也提出一種基於特徵提取與融合的解決辦法。本研究提供了一個全面的方案,旨在利用人工智慧技術幫助漫畫創作者創作出簡單的草稿。

Measuring the large nonlinear refractive index of pigment from avocado leaves by a laser pointer

本研究報告,從酪梨葉利用柱層分析技術萃取出葉綠素-a、葉綠素-b以及類胡蘿蔔素,用來研究其物理性質以及測量非線性折射率(n2)。 當雷射光束照射在置於比色管中的樣本時,中央軸上的強度最高,導致溶液產生了溫度梯度和折射率梯度。雷射光束穿過溶液後,在屏幕上產生了遠場繞射圖樣。這些繞射圖樣的最大半徑(Rm)和暗條紋的數目(N)隨雷射光的功率(P)、光徑長度 (𝓵)、溶液的熱吸收係數(μ)和溶劑的熱光係數(dn/dT)變化。從N對𝓵和N對P的關係圖中,可以計算出溶液的n2。 在本研究中,從酪梨葉中萃取的色素濃度分別是從菠菜和朱槿葉中萃取色素濃度的4.0倍和3.1倍。更令人驚訝的是測得的n₂ 值比石墨烯大100倍。結果顯示,該樣品具有顯著的非線性折射率,使其成為各種光學開關應用的理想材料。

探討自我參照和社會訊息對不同年齡、性別連結記憶的影響

連結記憶(Associative Memory)為記憶兩物體之間關係的能力,會隨著年齡增加而衰退。先前研究顯示不同性別在記憶的老化程度存在差異,然而針對連結記憶在不同性別的老化未被討論。過去研究發現自我參照效應以及改變刺激材料的社會訊息程度可提升連結記憶的表現。然而缺乏同時使用兩種方法研究,兩者之間的交互作用尚不清楚。本實驗分別針對不同年齡與性別的群體進行連結記憶測驗。我們引導受試者使用自我參照記憶具有不同社會訊息程度的圖片,測量其連結記憶表現。結果顯示,女性有顯著的連結記憶衰退;而男性沒有顯著的連結記憶衰退,其記憶衰退可能與項目記憶有關。另外,我們也觀察到參照與社會訊息對連結記憶的影響具有交互作用,在未來實驗中有必要注意兩者之間的互相影響。