全國中小學科展

臺灣

臺灣東部群震週期與大地震機率的分析

本研究使用1973-2023年地震數據,以DBSCAN進行臺灣東部、東北部及選定區域的群震分群,自相關分析及傅立葉變換探討其週期性,核密度估計推測群震後發生大地震的機率,並以群震及大地震數據擬和方程式。結果顯示選定區域群震空白期為9.28年,群震週期為6.18年;東北部群震空白期為13.35年,週期無法確定;東部群震週期為7.27年,空白期無法確定。選定區域、東北部及東部群震後200天內發生大地震的機率分別為9.86%、12.06%及6.41%。方程式顯示選定區域及東部內群震總能量與群震和大地震時間差呈負相關,東北部為正相關。將三區域2024年的群震及地震數據代入方程式,最佳標準化殘差值分別為0.15、-0.01及-0.93,方程式具預測價值,但仍需更多數據支持。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論利用1、2、3 個圓去覆蓋三角形,並分銳角、直角、鈍角三角形做分類,有完整的結果。並且在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律,並連結「雙曲函數」與覆蓋圓面積和之間的關係。 最後,我們研究覆蓋圓面積和與三角形面積的比值及其最小值,並討論覆蓋圓圓心之連心線的相關性質。

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。

二氧化碳捕捉術-銅鋅雙金屬奈米觸媒對二氧化碳還原反應效能及機制之研究(Carbon Dioxide Capture Technology: Study on the Efficiency and Mechanism of CO2 Reduction Reaction Using Copper-Zinc Bimetallic Nanocatalysts talyst)

本研究以電化學二氧化碳還原反應(CO2RR)技術將二氧化碳還原成高經濟能源燃料,使用水相合成法製備Cu/Zn銅鋅雙金屬奈米觸媒,改變金屬間的比例: Cu2Zn1、Cu1Zn1、Cu1Zn2以及通入N2/O2/H2 熱處理改變觸媒氧化態,而改變氧化態可以在化學性質、催化活性、電子結構等方面有重要影響使其催化出不同反應路徑,改變產物生產效率和選擇性。用能量散射光譜儀、X光繞射儀鑑定奈米觸媒間金屬比例和晶型;線性掃描伏安法和氣相層析儀探討二氧化碳還原法拉第效應和生產效能。結果發現Cu2Zn1-N2能產生最多的CH4,因改變氧化態使其效能高達53.03%; Cu1Zn2產生最多的CO,效能為44.99%,推論為鋅的比例較高所致。

富貴角風稜石形成機制之探討

臺灣北部海岸富貴角地區的風稜石母岩為兩輝安山岩,經過風化、風蝕及海蝕而形成目前獨特之外觀。這些岩石源自火山噴發形成的熔岩流,岩漿冷卻形成熔岩塔,裂解後受外營力作用逐漸成形。不同地理位置的風稜石受侵蝕的影響差異顯著:海岸邊的風稜石同時受到海浪和風的影響,外型較圓鈍;陸地部分則因受到海蝕影響較小,外型較為尖銳。另外,本研究利用噴砂實驗進一步驗證不同風速和風向對風稜石生成過程的影響,並分析其形態差異及地質學意義。

麩醯胺酸誘導阿拉伯芥的受體表現

自然界中,植物以NO₃⁻和NH4+作為主要氮源,在吸收後轉化為麩胺酸(Glu)和麩醯胺酸(Gln)作為第一產物進行基本生理反應,在我們實驗室先前的研究中,發現Gln會誘導阿拉伯芥側根生長、壓力反應和抗病性,所以提出了一種假說「細胞外的Gln是營養氮源,也是一種“危險訊號”」,藉由可能存在的Gln的受體表現。目前我進行了其中三組受體的測試,分別是wall-associated kinase2(WAK2)、wall-associated kinase3(WAK3)和EF-Tu受體(EFR),WAK家族是穩定細胞壁果膠的受體激酶,然而我們實驗中發現WAK3在wak3 muntant的表現是不穩定的。EFR為接收EF-Tu(elongation factor thermal unstable)的模式辨識受體(PRR),參與活化植物防禦及PAMP-triggered immunity (PTI),efr muntant在Gln的誘導下表現了防禦相關基因與水楊酸生成之相關基因。本研究將有助於深入理解Gln在植物防禦和側根生長中的功能及其調控機制,並為未來的作物改良和病害防治提供理論基礎。

數位物理實驗室:毫米波雷達系統之設計與應用

本研究旨在設計基於毫米波雷達的數位物理實驗系統,用於精確量化彈簧簡諧運動。傳統物理實驗易受肉眼觀察與手動測量的誤差影響,本系統利用24GHz毫米波雷達結合自製電路板,進行即時、無接觸的運動測量。透過設計電路板、撰寫韌體訊號轉換程式,並進行數位數據分析,成功開發了靈敏的毫米波雷達系統。我們利用彈簧簡諧運動實驗驗證了該系統,觀察不同質量砝碼對彈簧運動頻率的影響。實驗結果顯示,考慮彈簧質量後,測量數據與理論結果的均方根誤差從0.62Hz降低至0.35Hz,顯示出系統的高度精確性及穩定性。本研究成功解決了傳統實驗中的量測誤差問題,以毫米波雷達技術實現了精確觀測。開源設計有助於推廣至學校的物理實驗室,為學生提供先進的實驗工具與數據分析經驗。這展示了毫米波雷達在物理實驗中的應用潛力,並為未來教學實驗提供了高效、低成本的解決方案。

Analyzing Glucose Metabolism Connectivity in Huntington's Disease Using Dynamic Glucose-Enhanced MRI in zQ175 and R6/2 KI Mouse Models

亨丁頓舞蹈症為與認知功能障礙密切相關的神經退行性疾病。本研究首次應用動態葡萄糖強化磁振造影(DGE MRI)以了解葡萄糖代謝作為亨丁頓舞蹈症神經影像生物標記的可行性,以分析大腦中不同區域之間的代謝關係。 本研究對腦區間葡萄糖代謝關聯性進行分析,並針對訊號進行自動化分群,觀察特定訊號樣態之特徵。於zQ175 KI和R6/2 KI小鼠中不同的連接性變化模式中,發現紋狀體和齒狀回之間葡萄糖代謝連接性具顯著變化,與已知病理一致,顯示DGE MRI作為臨床生物標記之潛力,以利及時診斷和監測該疾病。 這項開創性的研究探索了使用DGE MRI作為亨丁頓舞蹈症影像標記可行性,並詳細分析腦區間葡萄糖代謝相關性,不僅進一步對該疾病之病理更加深入了解,同時提高早期診斷、疾病監測和精準醫療應用發展,說明可能有針對代謝紊亂的潛在治療策略。

探討粒線體蛋白質GATD3A的結構、功能以及去糖化機制

GATD3A 是粒線體中的蛋白質,被推測可能具有「去糖化」的能力,能移除AGEs。糖尿病、帕金森氏症、阿茲海默症皆與人體中過高濃度的AGEs有關,因此GATD3A具有相當高的研究價值。 本研究探索GATD3A(麩醯胺酸轉移酶樣1 類結構域 3A),經基因合成與蛋白表現後,大量製備蛋白質並探討其結構與功能。目前已得到蛋白質最佳製備環境、成功培養出蛋白質晶體,進行了結構分析,了解其結構、保守性、親水性及電性等,對於酵素適合反應的溫度、pH值也有初步了解。未來也會利用酵素動力學計算酵素活性、並製備糖化蛋白質,進行去糖化測試,探討 GATD3A 是否具有臨床運用於糖尿病患者之糖化血紅素去糖化的可能性。

影響天燈升空的因素探討

天燈伴隨火源升空象徵人們祈福與祝願,為臺灣重要文化傳承。升空過程,種種因素造成天燈失穩墜落,而燃燒未盡可能引發火災。過去研究多著重於熱源、造型及風阻等影響,卻忽略實地環境風場影響。我們於現地實驗測量天燈升力,後續建立浮力模型、簡易風洞測試和商家訪談驗證。結果發現:天燈飛行的搖擺與熱氣洩漏是影響上升的主要因素,其中側向風速為搖擺主因,地面風場變化更是關鍵。針對分析結果,建議縮小底部開口至原三分之一,可降低56%熱氣流失。另建議設置地面風速監測及管制施放燈號,確保順利飛行至高空。提出「大天燈共乘」構想,提供雙倍書寫空間,耗能僅增約1.37倍,減少回收負擔。成果可作為天燈施放安全與環保政策之參考。