全國中小學科展

臺灣

探究球鼠婦屬(Genus Armadillidium)的發聲行為及對其行為模式的影響

昆蟲常藉由聲音或振動進行溝通,但等足目間的聲音研究相對稀少,正露丸鼠婦是少數能在受刺激時捲曲並發聲的陸生等足目,本研究探討其聲音特性及對其行為的影響。經頻譜分析後發現,叫聲的頻率多集中於2kHz、12kHz與16kHz,且波形可分為急促型與規律型,研究中透過卷積神經網路進行影像辨識,建立鼠婦聚集行為與聲音頻率的關聯,在T字迷宮及J字迷宮中,正露丸鼠婦受16kHz聲音吸引大於12kHz與2kHz,與對照組有顯著差異,我們提出正露丸鼠婦其聲音的頻率高低與刺激強度有關,且會導致鼠婦產生不同行為的假說,本研究期望可透過聲音進行生態監控或害蟲防治,本研究結果可以作為生物防治策略之參考。

扭「蛋」成「膠」-蛋白質膠黏性質與褐變反應之化學探討

本研究評估動物性蛋白質作為天然膠黏材料的可能性。選用常見的虱目魚鱗、虱目魚皮、生豬皮、雞蛋蛋白、全脂奶粉、脫脂奶粉作為研究樣本,透過簡化後的蛋白質萃取方式,經BCA試劑及分光光度計測量找出最佳化萃取方式。隨後將萃取液經酸、鹼、有機化合物水溶液處理後,觀察黏滯性、附著力之變化。最後再探討蛋白質加熱後的褐變反應。結果發現,經0.15 M醋酸萃取72小時為最佳條件。在加入1 mg/mL醋酸、1 mg/mL碳酸氫鈉、2 mg/mL葡萄糖水溶液等三種處理後,黏滯性(Arduino系統)與附著力(百格刀組)均顯著提升。且加熱到60℃以上,有初步的褐變反應發生。綜合上述,動物性蛋白質經適當處理後具良好膠黏潛力,未來可進一步探討其化學變化,以提升應用價值。

以數據驅動方式探究類星體於可見光與無線電光譜之性質關聯

通過 LOFAR望遠鏡與斯隆數位巡天計畫之資料釋出,我們得以在大量、清晰的資料庫中發掘許多天體的特殊性質。本研究結合兩個大型研究計劃的無線電波源目錄與類星體光學目錄,分析 LOFAR-detected類星體在可見光觀測上與其他類星體的光譜性質差異,利用決策樹與相關的集成學習模型建立對於缺乏無線電紀錄之類星體的光學資料分類模型,並期望在未來驗證學界目前對於類星體產生無線電原理的各種假說。

探討miR-17-92透過調控T細胞分化影響腎纖維化

我國慢性腎病人口約 14%,大多患者會因藥物或免疫疾病而走向腎纖維化。根據文獻, miR-17-92 會影響 T 細胞分化,分化的差異則會造成不同程度的腎纖維化。 本研究取不同基因型小鼠的 CD4+T 細胞做體外分化。結果顯示含 miR-17-92 基因較多的 T 細胞分化成 Th1 比例較高、Treg 比例較少,但對 Th17 無顯著影響。將小鼠腎纖維化模式處理的細胞進行 RT-qPCR 和染色實驗,觀察剔除 miR-17-92 基因的小鼠(簡稱 KO)腎纖維化的情形,發現造成腎纖維化的纖維蛋白、膠原蛋白和其 mRNA 的表現量均減少。將WT 和 KO 小鼠腎臟進行染色後,發現 WT 小鼠腎中 Th1 的數量較多,Treg 則較少。綜合實驗結果推論,miR-17-92 可以增加腎中 Th1、降低 Treg 的數量,而 Th1 則會加重腎纖維化的情形。期盼本研究能對腎纖維化疾病有所貢獻。

3-氨基苯硼酸修飾的奈米纖維素與二硫化物交聯製成的核酸奈米水膠在抗癌藥物載體的應用

為了改善癌症藥物載體的標靶性,3-氨基苯硼酸與二硫化物同時拿來修飾天然材料奈米纖維素和植物核酸。3-氨基苯硼酸可以和高度表現唾液酸的癌細胞結合,二硫化物可以被癌細胞內高度表現的穀胱甘肽切斷雙硫鍵而釋放藥物。利用油包水的乳化方式,將化療藥物包覆。這些雜合奈米膠粒徑界於 100 到 150 奈米之間,是帶負電的球狀構造。高濃度(2 毫克/毫升)的奈米膠對正常細胞的毒性很低。3-氨基苯硼酸修飾的組別可以誘發更多的癌細胞死亡,而且比二硫化物的標靶效果更好。具有 3-氨基苯硼酸修飾的組別可以促進更多的癌細胞吸收化療藥物,以及被細胞核染劑染上螢光。本研究提供標靶性藥物載體在癌症治療一個替代的方式。

探討鐵鎳合金催化劑對電解產氫之影響

目前大部分電解產氫反應(HER)均使用貴金屬,如鉑和鈀,作為催化劑。而我們提出了更便宜的 FexNiyP 金屬磷化物用於經濟製氫。在催化劑的製備中採用不同的化學成分(x/y 比例)和合成條件(氧化溫度)。並將合成樣品通過掃描式電子顯微鏡(SEM)、能量色散 X射線光譜(EDS)和 X光繞射儀(XRD)進行了鑑定,以確認其形態、成分和晶體結構。再通過線性掃描伏安法(LSV)測試了它們的 HER催化效率。實驗結果發現,磷化程度強烈影響催化性能,且可以通過合成條件來適當調整,而 250° C是最佳氧化溫度。此外,電化學測試顯示,FeP 啟動反應所需之能量最低,具有最低的過電位(overpotential);而 NiP 反應路徑最佳,具有最低的塔菲爾斜率(Tafel slope)。我們的結果解決了 HER的反應機構,並對氫燃料生產的發展提供了有用信息。

布洛卡點的定義擴充與存在之充要條件探討

將平面上A1A2A3的三邊以逆(順)時針方向向內旋轉相同角度後,若三線交於一點,則稱該點為此三角形的正(負)布洛卡點。任意三角形必定同時存在正、負布洛卡點[5],我們的研究主要是推廣布洛卡點的定義到所有的折線多邊形,並進一步研究布洛卡折線多邊形的充要條件與性質。我們定義調和多邊形為正多邊形的反形,並統整出其與特定條件下的圓內接多邊形互為充要的性質,進而發現了圓內接布洛卡多邊形與調和多邊形之間的充要關係,這是目前中外文獻中沒有的。最後,我們試著利用中垂面與垂面將布洛卡點推廣到三維空間。

消氨×植碳:比較養殖水與自來水對氮循環與空心菜固碳效益的影響

本研究探討「養水」過程水質穩定的重要性,再以養水組、自來水組為實驗及對照,分別觀察水中氨氮、亞硝酸鹽與硝酸鹽濃度變化,驗證硝化作用是否自然發生。結果,靜置兩週能有效培養硝化菌,建立氮循環。當硝化菌大量生成後,水質會突然呈現清澈狀,若穩定度被破壞之後,還需要12天才能達成平衡。 再探討「養殖水」利用在種植上,可促進植物生長並兼具氮循環與碳固定功能。我們分別比較養殖水組的空心菜長度、重量與碳含量均優於自來水組,推估吸收二氧化碳量提升超過20%。本系統證明魚類排泄物可轉化為植物養分,創造「消氨×植碳」雙效益,實踐水資源再利用與碳固定目標,呼應聯合國SDGs中(目標6、13),展現簡單可行又具永續價值的水耕共生系統。

梳子不梳頭-梳子壩對流速降低與水質的影響

公司田溪整治設置梳子壩、疊瀑、深水池、護址工石籠等設施,對公司田溪水質、河岸動植物種類與 數量,底棲生物種類與數量、水中污染物降低有正面提升效果,其中梳子壩設置最多共20處,利用自製水工模型,自製流速計,樂高積木排列出不同排列、形狀、間距、高度數量位置等,找出降低水流流速效果最佳,且漂流物穿越時間最短、穿越率最高的設計,研究結果:梳子壩水流流速降低,漂流物穿越時間越長,梳子壩設置河段末端與梳子壩組間距較大時,流速降低效果顯著,漂流物穿越時間增加較少。所以公司田溪在河口末端計設置9個梳子壩,且分散於數條溪流,可以有效降低水流流速,及漂流物穿越時間。

芭樂新時尚~新型水果套袋之研發

現有的塑膠與紙套袋對環境造成負擔,因此利用海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯作用,在低成本紗布上成膜,以製作新型態的水果套袋。研究結果: 1.製程為先沾海藻酸鈉糊液,再沾乳酸鈣水溶液。 2.不同基底材料會影響套袋的縮小率、耐受性與透氣性。套袋要具透氣性需減少乳酸鈣反應時間,想增加吸水性則要在海藻酸鈉浸泡時間久一點。 3.實地應用於芭樂園採收率達96%,只加醋酸的細紗布套袋效果最佳,具有厚度低(0.24mm)、水分散失快(6小時內降低92%的水分),透氣性佳(水氣穿透率91%)等特性,在製作時須注意總面積有51%的縮小率。 4.未來發展:設計防果蠅、防螞蟻、防曬功能,以及多型態的套袋設計(如三角立體設計、觀察口設計等),讓其更適合實際應用。