全國中小學科展

臺灣

Non-Invasive Vagus Nerve Stimulation as a Novel Therapy for Alzheimer’s Disease by Enhancing the Brain Clearance System(非侵入性迷走神經刺激術作為阿茲海默症的新療法—透過增強大腦清除系統)

阿茲海默症(AD)是導致失智症的主因,影響全球數千萬人。然而,AD目前的藥物大多昂貴且療效有限。目前已知腦內β類澱粉蛋白(Aβ)斑塊為AD的病理特徵,且大腦清除系統被認為對AD的治療具有重要性。先前研究發現非侵入性迷走神經刺激術(nVNS)增加腦脊髓液循環,但在神經退化疾病中的機制和應用尚不明確。本研究旨在探討nVNS增強大腦清除系統來作為AD新療法之成效,使用Aβ誘導之AD小鼠模型,利用巨視顯微鏡和免疫組織化學染色評估其膠淋巴系統功能,並以新奇事物測試評估認知功能。本研究發現於AD小鼠中,給予nVNS使大腦清除系統之水通道蛋白-4顯著增加、促進膠淋巴系統,進而改善認知功能。本研究首次發現nVNS可通過增強大腦清除系統功能,進而改善AD病理引起的失智症狀,支持nVNS作為AD新療法的可行性。

泛基因組分析破囊壺菌產油基因

破囊壺菌為海洋原生生物,因可產生DHA 而被廣泛使用於藻油生產。破囊壺菌可透過18srRNA 鑑種,不同菌株之產油量相差甚大。其產油途徑主要有 FAS 及 PUFAs 二條路徑, 含有 PUFAs 之菌種通常具有較高之產油率。前人依產油途徑將破囊壺菌分為三型 (I–III 型),然而各型基因組間之差異仍待研究。本研究透過生物資訊分析 8 個破囊壺菌基因組, 發現同型之破囊壺菌其產油相關基因 (PUFAs, Desaturase, Elongase 及 Citrate lyase)之存 在具有高度相關性,基因共線性分析也顯示其產油基因間具有高度同源性,然而同屬之破 囊壺菌不一定為同一型,顯示以 18s rRNA 鑑種可能不適用於破囊壺菌。此外,Citrate lyase 僅存在於第 II 及 III 型,顯示第 I 型破囊壺菌其 DHA 合成之碳源來自不同途徑。

我的 AI 自行車教練

本研究透過專家訪談了解自行車訓練核心訓練要素,開發「我的AI自行車教練」系統,期能提升初學者騎乘穩定性,利用micro:bit三軸加速度感測器即時監控騎乘姿勢變化、霍爾感應器量測速度以及i20心率感測器偵測心跳。所有數據透過藍芽傳送至 Scratch (bDesigner),進行即時騎乘姿勢與數據可視化呈現,並整合生成式人工智慧(GAI)分析結果,提供個人化的訓練建議與姿勢調整建議,最後讓訓練者進行實際測試。結果顯示,本系統能有效提升騎乘姿勢穩定性與騎乘效率,GAI能提供科學化的訓練報告及精準訓練建議,與專業自行車教練的意見一致,證明「我的AI自行車教練」具實用性與應用潛力。

「千菌一髮」---以細菌纖維素製作假髮之可行性研究

近年來,癌症患者或因為其他特別的因素所導致的脫髮人群逐漸增加,因此假髮的製作材料需求,隨之提高。本研究即針對此問題,以及假髮所需具備的耐熱性、耐拉扯性、染色難易度等性質,透過生物材料(細菌纖維素)作為製作假髮的替代選擇,以解決現有假髮之透氣性差、製作成本及天然人髮供應的限制等問題。實驗過程探討將細菌纖維素進行改質,經有機矽(聚二甲基矽氧烷)表面處理後之耐熱性、耐拉扯之機械強度等性質;以及植物染料與市售染膏的染色效果,作為自然外觀的評估。研究結果顯示,以細菌纖維素作為假髮製作的新型天然材料具備低成本、易染色、良好的耐熱及耐拉扯特性。

「鏽」除「碳」魔力~探究粉鏽銅的光催化作用

本研究探討以粉筆灰、鐵鏽、及銅粉的混燒物製成粉鏽銅光觸媒,成功運用於二氧化碳的還原、抑菌、及分解有機物。首先探討粉筆灰、鐵鏽、銅粉的最佳混和比例條件,將粉鏽銅光觸媒塗佈在玻璃片上,進行光催化功能試驗。研究中,利用高壓釜及微波爐進行鍛燒,使用自製簡易工具,用於光催化降解、抑菌、二氧化碳還原、透光度等測量。結果顯示,以粉筆灰3公克、鐵鏽1公克、及銅粉1公克比例燒成的光觸媒,於紫外燈365nm照射3小時有較佳的光催化效果;將蛋白質降解最多,較能抑菌,及吸附二氧化碳轉為醇類。每天將粉鏽銅在365nm紫外光照射3小時,其光催化效率可維持至少七天。研究顯示,粉鏽銅確實有效降解有機物、抑菌,還原二氧化碳效果。

「精」天能不能在「E」起! 四苯基乙烯單分子受環糊精包覆型式及其錯合物之聚集誘導放光性質研究

本研究聚焦於α−,β−,γ−環糊精對原始四苯基乙烯分子進行主客體錯合之聚集誘導放光現象研究,探討不同環糊精在水溶液中對四苯基乙烯之包覆效果進而觀察水溶液及固體狀態下之螢光性質變化,結合螢光顯微鏡、紫外可見光、螢光及核磁共振光譜技術量測與分子模擬方式來深入探討環糊精與四苯基乙烯之間錯合與放光關係。實驗結果顯示γ−環糊精對四苯基乙烯分子具有最佳的錯合包覆效果,兩者間透過 1:2比例方式為最可能模式,同時錯合物具有雙重激發放光性質 (分別放射藍光與綠光,激發波長分別為 330-380與450-490nm)。

探討濕地耐鹽菌對植物耐鹽及根部的交互作用

本研究從濕地篩選出可能為新種的耐鹽菌Oceanobacillus sp.,暫命名為OC2,其在無植物相伴狀態下不會降低土壤含鹽量,但卻在與植物共存後誘發特殊機轉,促使土壤含鹽量降低約,並提升植物耐鹽能力,顯示 OC2與植物存在特殊交互作用。深入研究發現,OC2能產生IAA,並吸引植物根部向其生長以利其進入根部,並在鹽逆境下分泌代謝物以刺激植物合成脯胺酸 (增加達98.5%)提升根部滲透壓、增加葉片類胡蘿蔔素及類黃酮含量以提升植物抗氧化力。植物方面,鹽逆境下植物分泌的化學物質會觸發OC2產生更多的IAA(約17%),藉以刺激植物根系發展以利水分吸收,而OC2的存在會促進根部澱粉酶活性上升達88%,以分解澱粉產生可溶性醣類供OC2使用,推測兩者存在共生關係。本研究展示新種耐鹽菌與植物的交互作用,期待透過此菌改善鹽化農地並能提升作物產量。

可同時用於霧水收集與風力發電的石墨烯仿生陣列魔毯

受到地區限制,偏遠地區一直面臨著缺水和缺電的問題。有許多解決方案,其中一個被視為在乾燥地區收集水的有效方法是薄膜霧氣收集技術。這項研究受到自然界沙漠甲蟲的啟發。我們在不吸水的石墨烯/PVDF基底上使用仿生的幾丁聚醣陣列,幫助水滴在霧氣中凝結和滾動脫落,使水收集效率達到0.63LMH。此外,我們使用石墨烯和離子液體一起誘導PVDF晶型自組裝成具壓電性的β相,獲得最適化薄膜的電壓輸出可達到13V(±6.5V)。我們還對於薄膜進行同時取水和取電的可行性評估,結果顯示,在4m/s的霧氣風速下,水收集效率為0.74LMH,發電功率為99.2mW/m2。基於上述研究結果,我們證實了使用單一薄膜利用霧和風作為驅動力,可實現同時產生水和電,這對解決偏遠地區的缺水與缺電問題提供了新的解決方案。

海邊玩沙-沙球製作研究

「沙球」是盛行於沙灘上的遊戲,某些地區也創造出不同的遊戲方法-例如:比賽沙球滾動距離、沙球對撞比賽......等,但所有沙灘都能玩這些遊戲嗎?又要怎麼做才會玩得好呢? 根據我們的實驗結果,利用篩網篩出較細的沙粒(粒徑<0.08mm),並將沙水比控制在200:35~200:45之間,能做出較堅固的沙球,含水量少(200:35)沙球較硬、滾動較快,含水量多(200:45)沙球偏軟、滾動較慢,同時也較耐撞擊,此外球體較大的沙球也較耐撞 。

巨晶的前世今生—關西馬武督鋯石定年及地質意義之探究

本研究主要探討新竹關西馬武督地區鋯石巨晶的形成年代、生成機制與地質意義。該地區鋯石具有高達3至5毫米的巨晶,不同於台灣其他地區以微米級為主的鋯石。透過採集與分析樣本,結合玄武岩的微量元素及鋯石的鉿同位素分析,揭示馬武督地區鋯石的來源與形成環境。研究結果顯示,鳳山溪上游的玄武岩脈提供發現鋯石的有利條件,而馬武督鋯石巨晶的生成與長時間結晶、緩慢冷卻速度及捕獲外來晶體的地質條件密切相關。根據定年結果、微量元素蛛網圖、鉿同位素分析結果,推論認為:馬武督鋯石巨晶並非直接在玄武岩中生成,而是被鹼性玄武岩漿捕獲後保存下來。本研究加深對鋯石在玄武岩中形成機制的理解,對此區地質演化研究提供一個良好的解釋機制。