全國中小學科展

臺灣

懸掛液滴的光學成像性質與其組合應用探討

眾所周知,水滴是生活周遭容易取得且可以放大物的透鏡,藉由作品中的實驗裝置能夠方便的觀察液滴中的成像,且能夠隨意地改變取率半徑和折射率,並搭配手機方便觀察與紀錄結果。若欲知液滴中成像的放大率,可利用測得的曲率半徑帶入「造鏡者公式」得知水滴的焦距,得知焦距後,便可將其帶入「薄透鏡公式」即可得知放大率 (距離水滴的長度不同,有不同的放大率),再利用實驗驗證算出的焦距和放大率是否符合實際的焦距。之後改變液滴的曲率半徑和種類並比較其對放大率的影響 (本研究討論曲率半徑0.1公分和0.15公分的差距、水和食鹽水的折射率差距)。此外,更加以研究「球透鏡公式」與「薄透鏡公式」所算出的數據之差距與實驗觀察結果比較,並應用於複合透鏡中。

應用機器學習與遙感指數於紅樹林植物分類與碳匯分析

本研究應用遙感技術和機器學習方法,提出了三個創新應用,目的在提升紅樹林生態系統的分類監測和藍碳儲量評估。 首先,建立機器學習模型(隨機森林演算法),對紅樹林植物進行自動分類,分類準確率達94.74%。此模型能夠應用於特定區域的長期監測,捕捉紅樹林覆蓋範圍和植物變化的動態趨勢。並且開發了RGBN(Red-Green-Blue-NIR Mangrove Index)遙感指數,此指數主要結合可見光波段和近紅外波段,能有效提升了紅樹林植被健康狀況評估的準確度,並具有廣泛的區域適用性,不限於特定研究區域,適用於全球範圍的紅樹林監測。最後,本研究成功整合並編寫了InVEST模型的程式碼,本模型進一步應用於紅樹林藍碳價值評估,未來將透過收集詳細的土地利用、碳匯數據及生物物理參數,量化紅樹林的藍碳價值,為碳交易與藍碳管理提供科學依據。

聲子晶體結合共振腔與其聲音放大效果之研究

本研究以 zig-zag path 管道自製、設計聲子晶體,並結合空腔(cavity)形成類似電路學的 RLC 共振結構,透過 COMSOL 軟體模擬出其理論之特徵頻率,使空腔中心聲壓達到穩定的放大效果。利用無響室的環境進行實驗,藉由放大電路將聲壓轉為電訊號並以聲源頻率、裝置距離和空腔尺寸作為變因,發現我們自製的聲子晶體可成功將電壓放大約 2.6 倍。此種聲子晶體具有體積小、構造簡單、可擴充為多晶體結構等特性,在未來可結合壓電材料,將其製成兼具發電與降噪功能之環保裝置。

廢棄蘭花結合高分子材料製備口內膠研究

本研究針對嘉義地區廢棄蝴蝶蘭(Phalaenopsis)資源,嘗試以天然深共熔溶劑(Natural Deep Eutectic Solvent, NADES)在萃取蝴蝶蘭不同部位: 根、莖、葉、花之多醣及相關活性成分,並與傳統水萃取比較萃取率。透過評估萃取液中多醣含量、多酚含量、抗氧化能力,與抗菌能力以衡量萃取物在口腔保健之功效。之後將萃取物進一步結合不同配方之高分子基材料HPMC(Hydroxypropyl Methylcellulose)與 PVP(Polyvinylpyrrolidone),嘗試製成能有效成膜的口內膠。實驗結果顯示,以betaine+lactic acid組成的 NADES配方對蝴蝶蘭花部位之多醣與多酚萃取效率特別顯著,亦展現較高之抗氧化能力與抑菌效力,且能與特定配方之高分子材料結合形成有效凝膠。藉由萃取方式與高分子材料之配方優化,最終可望開發出兼具環保、功能性與口腔護理應用潛力的天然凝膠產品。

「拿」麼厲害—綠拿鐵的最佳配方與抗氧化能力研究

本研究比較不同綠拿鐵配方的抗氧化能力,並結合盲測評估消費者接受度。首先,以地瓜葉為主體,使用氧化還原滴定與分光光度儀測定,發現分光光度儀更準確且效率高,因此後續皆採用分光光度儀進行抗氧化能力測定。我們選用菠菜、青江菜、冰花、地瓜葉、香蕉、奇異果、鳳梨、蘋果及芭樂,進行單一蔬果與四十組配方測試,並選出抗氧化能力較佳的前五組與市售綠拿鐵進行盲測。結果顯示,市售綠拿鐵抗氧化能力明顯低於新鮮現打綠拿鐵,但因為糖度較高而獲得消費者較佳的口感評價,顯示美味與健康效益不一定成正比。研究中發現菠菜、青江菜、冰花 、香蕉、奇異果及菠菜、青江菜、冰花、香蕉、鳳梨這兩組配方在抗氧化力與口感評比中表現最 亮眼。

“肝”阿捏!LPS如何“肝”擾粒線體自噬?

脂多醣 (Lipopolysacchatide, LPS)是由格蘭氏陰性細菌所產生的一種內毒素,存在於細菌莢膜中,即細胞膜的最外層,在細菌死亡後,細胞壁被破壞,LPS才會被釋出。其具有維持細菌外膜以及誘發宿主細胞產生免疫發炎反應的功能;此外,近年來的研究也指出脂多醣會影響宿主細胞內的粒線體生合成,且與許多人類疾病的發生有關係,例如敗血症、神經退行性疾病、代謝失調、和肝臟疾病。 本研究將探討脂多醣和肝臟疾病的關係,透過研究經建立表達不同粒線體自噬相關報導基因之人類肝癌細胞株(Huh-7),了解脂多醣對肝臟細胞內粒線體自噬機制的影響,以及該影響與引發肝臟相關疾病的關係。希望本研究可為失調性粒線體自噬引發之肝臟疾病的治療開闢嶄新的方法。

光致變色螢光席夫鹼之合成及特性研究

合成亞胺化合物,抽充法容器除水除氧、分子篩乙醇除水及減壓蒸餾純化苯胺、克勞修斯方程估算蒸餾溫度。TLC偵測純度、計算Rf值並比較各結構極性。UV圖知SA於pH=6在383nm具吸收峰,酸化至pH=4則藍移至326nm,時間掃描測試證明SA酸鹼型結構轉變為瞬間快反應,計算定溫下K值,Van't Hoff圖求ΔH、ΔS,由ΔG負值證明SA酸化為自發反應。各結構λmax次序知芳香環對位助色團共軛延伸及化學反應性優於間位。聚集態時SA及SB2因抑制分子內旋轉螢光增強為AIE效應, SB1因π-π堆積為ACQ效應,各因素競合作用勝出者決定螢光強度,以X ray解晶結構確認內氫鍵的存在,導致SB1與SB2螢光發色相反的結果;合成錯合物Ca-L1及Zn-L1,不同pH下顯色具明顯差異並探討原因,以開發自製螢光pH試紙。

一天當兩天用—探討縮短光週期對景天酸代謝(CAM)植物之影響

本研究探討縮短光週期是否影響CAM植物的酸週期變化與氣孔狀態,及其對植物生長的影響。挑選常見的絕對CAM植物落地生根、蝴蝶蘭與仙人掌進行實驗。在自製生長箱中,利用Arduino搭配適當元件,設計程式控制光照週期與風扇調節溫度。實驗共分四種光週期,光照(L):黑暗(D)分別為3L:3D、6L:6D、3L:9D與12L:12D(單位:小時)。結果發現葉片汁液可滴定酸濃度與氣孔開閉大致上隨光週期變化,但不同植物的最佳生長光週期不同。顯示縮短光週期對不同CAM植物的影響不盡相同。其中蝴蝶蘭在光週期6L:6D的生長速度優於對照組自然界中光週期12L:12D。而光週期3L:9D蝴蝶蘭24小時獲得總能量只有別組的一半,但葉片長度增加量超過其他組的一半,推測能量利用效率較佳。

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。

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。