全國中小學科展

臺灣

Electrical Characterization of MoS2 Field-Effect Transistors at Cryogenic Temperatures

隨著矽基電晶體逐漸微縮,其元件效能將接近其物理極限,二硫化鉬 (MoS2) 等二維材料藉著其獨特的特性(如寬的能隙、高電流開關比及優異的載子遷移率等),可作爲矽的替代材料用於未來的電子科技應用。本研究旨在製造MoS₂ 的場效電晶體並研究元件之低溫特性。我們成功利用機械剝離法製備並轉移二維 MoS2薄膜至二氧化矽/矽基板上,並且製造MoS₂ 場效電晶體,並量測其室溫(300 K)至極低溫(~ 4 K)的電流特性,元件在此溫度範圍中具有優異的特性,能有效地調控電流調控,表現出良好的下閘極控制能力,同時具有低次臨界擺幅及高電流開關比(~ 106)。在極低的溫度(4 K)下,該電晶體仍能保持良好的運作,顯示出MoS₂應用於低功耗且高元件效能的低溫電子元件的潛力。

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。

潮間帶微生物動態:探索隨機中性與環境因子對細菌與古菌群落演替之影響

本研究探討了潮間帶環境中細菌與古菌的群落結構及其生態功能,並評估了隨機過程與環境因子對群落演替的影響。我們於金門南門海域的潮間帶進行了五次採樣,我們使用次世代定序(Next Generation Sequencing)進行16S rRNA 基因的定序技術分析了該區域微生物的豐度變化及其功能特性。結果顯示,細菌群落以變形菌門為優勢群,而古菌群落則以亞硝侏儒菌科為主。隨機中性模型的結果顯示古菌的豐度顯著受到隨機擴散的影響,而細菌群落則主要由鹽度、溫度和溶解氧等環境因子所驅動。經由Picrust2 代謝路徑預測的結果顯示,古菌與細菌共享多種基本代謝途徑,顯示出它們在生態上的互補性;同時,各自特有的代謝途徑則體現了它們對環境壓力的不同適應方式。本研究為潮間帶微生物群落的動態變化及生態功能提供了新的發現。

低速狀態下磁性齒輪傳動特性的實驗與理論探討

本研究探討利用指尖陀螺作為磁性齒輪,觀察並分析其磁性齒輪效應。本研究測量了磁性齒輪間的轉動慣量、影響範圍及力矩,除此之外,本研究發現,自由運轉狀態下的齒輪,具有三個運動階段,高速狀態,介於高速至低速難以預測的階段,以及低速的穩定運動狀態。 此外,為提升磁場計算的精確度,我們發現磁偶極近似方法無法有效描述系統中的磁場分佈,因此使用積分計算來求得更精確的磁場數據,並與實驗數據進行比對,結果吻合良好。

滾動的「刺」界—濱刺麥滾動因素之探討

此實驗主要在探討不同條件對濱刺麥(Spinifex littoreus)滾動之影響,並利用模型(以下簡稱模擬球)來推導其實際滾動之效果。我們利用木板作為模擬球滾動的環境,並設計了四個操縱變因,分別為刺的長度、數量、材質(模擬球本身的條件)及風速(外在環境條件),測量模擬球的滾動軌跡、終端速度等物理量,並利用tracker、Excel等軟體分析數據,發現了刺的長度和環境風速與模擬球滾動的終端速度呈正相關;而刺的數量則與模擬球滾動的終端速度呈負相關,刺的材質主要影響滾動的阻力。

Feasible fabrication of chitosan capped mesoporous silica nanoparticles as a smart mucoadhesive drug delivery platform for dexamethasone

中孔二氧化矽納米顆粒(MSN)由於其高孔隙率而適合成為藥物載體,可增加ul藥物的負載量。幾丁聚糖是一種帶正電的聚合物,用於修飾MSN表面,以達到強力的靜電吸附力,並進一步提高藥物負載能力,以及可持續併緩慢藥物釋放的控制。 MCM-41和 MCM-48型的MSN,通過 CTAB界面活性劑為模版,以溶膠-凝膠法制備。SBA-15型的MSN由 P123為模版製備。MCM-41 通過戊二醛的交聯進一步被幾丁聚糖包覆 (MCM-41-CHIT)。 利用 X 射線繞射儀驗證了所有載體皆是中孔洞的六方密堆積晶體結構。利用傅里葉變換紅外光譜,鑒定了烷基、胺基、和二氧化矽官能團,證實了表面的幾丁聚糖。 MCM-41-CHIT 的地塞米松載藥量為53.7%。MCM-41有突發釋放的現象,在 兩天內釋放出 80%。另一方面,MCM-41-CHIT中的藥物釋放,表現出恆定的釋放,五天後僅釋放出19.7%。 這項研究確定了MCM-41-CHIT 是可應用在粘膜吸附藥物遞送系統,可做為好的候選藥物載體。

探討輪胎的摩擦係數與各物理量間的交互關係

本研究旨在探討單車輪胎摩擦係數與各物理量之間的交互關係。由於摩擦係數的公式在多年以來備受許多質疑,我們決定透過實驗深入探討影響摩擦係數的各種物理量(如:接觸面積、正向力…等)是否有實質關聯。研究方法採用實徵研究進行試驗,調整輪胎胎壓並測量各狀態下的摩擦力、正向力和接觸面積,對不同胎壓下的摩擦力變化量與胎溫上升量進行比較,藉此驗證摩擦係數與胎壓、接觸面積間的非線性關係,找出單車輪胎的摩擦圓(friction circle),並將實驗值與理論值進行一系列的比對。研究結果發現:隨著胎壓增加,輪胎的接觸面積減小,摩擦力會隨之減少,輪胎升溫量也著減少。此外,透過數值模擬和自製轉動儀器實驗分析並比較側向、切向摩擦力與摩擦係數的各項關聯性。總的來說,做好適當胎壓的調整對行駛的穩定和安全性具有直接影響,據此提供更多生活應用的良方。

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。

深「植」你心--探討教室放置植物對學生的身心影響

植物具有綠化環境、淨化空氣的效果,並且能讓人保持愉悅、對身心健康有著正面的影響。我們好奇若藉由課室綠化布置,能否也對學生身心狀態有正面的影響,進而影響學習表現。本研究的目的在證明空氣淨化植物是否能夠吸收改善教室的環境品質與學生的學習效果。實驗分為三個階段,階段一使用各種空氣淨化植物分別吸收有機汙染物、空氣懸浮物、碳化物濃度,並進行比較。階段二分別測量生理層面:包含脈搏、血氧;而心理層面:包含樊氏壓力量表、焦慮量表和專注力量表,來分析植物與植物萃取物 例如精油 對學生生理與心理的影響。階段三利用隨堂測驗的 方式檢測植物對學生學習表現的影響。本研究結果發現植物能夠使環境中二氧化碳、苯與甲醛濃度降低,在課室中的學生們其生理、心理會受到間接的影響,對於上課的專注度及學習表現也有不同程度的改變。

碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率影響

脫水技術在酵母菌應用方面則對保存和傳播重要的菌株十分有益。然而,脫水處理的酵母菌常常出現存活率過低的問題,若將生產規模擴大,導致的損失將不堪設想。 本研究探討脫水逆境下碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率的影響。發現酵母菌面臨脫水生存逆境,會透過粒線體分裂與融合維持活性,此機制與DNM1密切相關。脫水前階段提供葡萄糖碳源可使酵母菌抵抗脫水逆境能力最佳,反之乙醇最差。甘油調節細胞內氧化還原平衡和滲透壓有助於細胞存活。脫水後復水階段提供葡萄糖可使酵母菌存活率最高,乙醇最差。脫水前碳源改變對存活率的影響更為顯著,而SNF1機制調控是影響酵母菌代謝養分及存活率的重要因素。 本實驗成果可提供酵母菌在食品工業、製藥、化工及生物燃料等領域的培養和保存技術,提高酵母菌的存活率和利用效率以減少浪費,具廣泛應用前景和經濟效益。