全國中小學科展

臺灣

探討長片段非編碼RNA:IRX4-AS1在前列腺癌中的角色 Investigate the Role of Long Non-Coding RNA: IRX4-AS1 in Prostate Cancer

前列腺癌(PCa)是全球男性最常見的惡性腫瘤,雄性激素受體拮抗劑是常用的治療藥物,而其存在抗藥性演進問題。人類基因組有98%的基因未編碼蛋白質,許多研究證明這些非編 碼RNA在細胞中具重要功能,並與前列腺癌進程有關。 本研究藉由分析病人檢體資料,發現IRX4-AS1在前列腺癌細胞的表現量高於正常細胞,並且IRX4-AS1表現量較高的病人五年存活率較差。我們也在體外實驗發現,IRX4-AS1的202異構型主要表現在細胞核;203異構型則多在細胞質,兩者可能有不同作用機轉。相較於IRX 4,IRX4-AS1的穩定性較高,顯示其可能與蛋白質共同作用。在抗藥性細胞株中,IRX4-AS1表現量則低於正常細胞株。 未來將研究IRX4–AS1對前列腺癌惡化與抗藥性的影響,期待其能做為疾病診斷及預後的生物標誌物。

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。

Unraveling a Transcriptional Enigma: Exploring the Action Model of the Concealed BPC Network on the Circadian Oscillation System玄機暗藏: 深究轉錄因子家族BPC對晝夜節律系統之作用模式

這項研究深入探討阿拉伯芥生理時鐘的轉錄調控機制,關注植物特有 GAGA 結合因子, BASIC PENTACYSTEINEs(BPCs)。通過監測 BPC 突變株和誘導株的葉片運動,及對 BPC 突變株生長缺陷的觀察,推測 BPC 於節律運動和葉形表徵扮演調控要角。藉數學建模和對突變與誘導株的 qRT-PCR 實驗,我揭示第一及第二類 BPC 在協調生物鐘節奏和葉片發育中的多種功能,更描述 BPC 內部調控網絡,了解這些蛋白質如何維持恆定。突變株實驗突顯 BPC 對關鍵時鐘成員 CCA1、ELF4、GI 和 PRR 家族的精確控制,而誘導株實驗則繞離 BPC 家族內部的補救途徑,從不同的尺度提供更直觀的檢驗方法。模擬進一步闡明 BPC 如何微調時鐘,確保振盪最佳化和晝夜間的無縫過渡。此外,我還發現 BPC1 和 BPC3 對第二類 TCP 基因的影響。他們抑制除 TCP5 外的多數 TCP 基因,透過不同下游途徑影響葉緣形態。概括而言,這項研究揭示了 BPC 家族是生理時鐘和葉片發育途徑的關鍵調控者。

空氣鳳梨毛狀體降低空汙之探討與應用

本研究主要是探討空氣鳳梨葉子作為清淨環境空氣和降低 PM2.5 濃度以及物理性微粒的功能。為了解空氣鳳梨的吸附能力,我們先測量空氣鳳梨的滯塵能力,發現高居室內植物滯塵能力第二名:其次是測量植株能否降低線香微粒濃度,發現其葉片具有減少懸浮微粒的能力,顯示其具有空氣淨化效果;猜測上述能力應與毛狀體結構有關,於是著手測量去毛後的吸附能力,得知毛狀體是影響吸附能力的關鍵。接著我們學習 Image J 操作,進一步了解空氣鳳梨在各部位的吸收能力及運送途徑。透過數位化影像分析,推測微粒的路徑為葉基→葉中→葉尖。最後比較了吸附微粒後的植株與對照組的抗氧化能力,發現實驗組明顯降低,說明微粒會對空氣鳳梨造成氧化壓力並影響生理代謝。

獵物狀態對蜈蚣捕食行為的影響

覓食對動物來說是至關重要的行為,而最佳覓食理論可解釋單獨覓食策略,其模型可計算獵物的獲益能力。前人研究蜈蚣捕食行為概分三部分:蜈蚣捕食行為順序、毒液作用效率、獵物密度對其捕食方式的影響。然而皆無討論蜈蚣依靠何種感官捕食、攻擊不同部位之優劣、獵物型質對蜈蚣捕食時間的影響,本研究以少棘蜈蚣、杜比亞和紅蟑為實驗物種,透過型質測量和捕食紀錄探討以上三點。結果顯示蜈蚣捕食獵物主要依靠觸覺且攻擊獵物腹面較優勢;紅蟑型質改變使蜈蚣搜索及處理時間有顯著不同,杜比亞差異卻不明顯;用最佳飲食模型算出杜比亞的獲益能力顯著高於紅蟑,故蜈蚣捕食杜比亞這類獵物能獲得更多好處。本研究可為蜈蚣的行為生態提供進一步的參考資料。

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。

含3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯合成方法探討

香豆素(coumarin)是一種廣泛使用於增香用途之化合物,同時亦被作為藥 物使用,γ-乙烯基聯烯酸酯 (γ-Vinyl Allenoates),則是一種具有多樣的反應性之架構,透過適當的控制,可擁有相當良好之區域及立體選擇性。本研究利用氮催化劑 DMAP 建構帶二烯羧酸酯之 3-高醯基香豆素,並透過篩選溶劑、反應溫度及催化劑及反應物當量數,找出本反應之最佳化條件。後以該條件探討反應環境酸鹼性對反應的化學選擇性影響,以及在 3-高醯基香豆素上改變不同取代基,探討不同取代基對反應性的影響,並擴展含 3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯未來使用的潛力。 實驗結果顯示,以DMAP 作為催化劑催化此親核加成反應時,可在 15 分鐘內達到 96%的 NMR 產率。未來希望能將含 3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯應用於進行合環、加成等反應,期望藉此增加此化合物泛用性。

分割子三角形的內切圓與旁切圓之新性質

關於三角形的分割子三角形之內切圓問題,我們設定了幾個新的研究項目並且得出豐富的成果。第一,子三角形的切圓的切點重合性質;第二,子三角形的切圓「半徑長度乘積不變量」;第三,兩點圓心連線性質以及三點圓心連線三角形的面積不變量。首先,我們給出一般化的切圓之切點重合分割存在唯一性。在此條件下,其切圓的圓心均落在一個拋物線,這是很有趣結果。我們再依序探討兩個、三個到多個子三角形,先給出內切圓與旁切圓半徑長度乘積與邊長的關係式,並且發現了不變量。最後探討三點圓心連線三角形面積不變量。值得一提的是,看似不相關的「圓心連線三角形的面積比值」與「半徑長度乘積比值」居然是等價,這是本研究亮點。最後我們完整給出分割為三個子三角形的所有面積不變量的所有組合。

史坦納樹性質探討與優化

本研究主要目的是想要用數學方法解釋與證明史坦納樹。我們想要知道史坦納樹會滿足怎樣的條件,又或者怎樣的條件不會有最短路徑長。因此從最基本的費馬點出發,到正多邊形、任意多邊形,甚至是正多面體,我們討論各種分布的頂點。在文獻探討與程式模擬中,發現史坦納點的邊數等於三且夾角度數等於一百二十度並非巧合。藉由此性質不斷擴展,可證明出在一般情況下史坦納點的個數會等於頂點的個數減二。有了理論的支持,我們嘗試改進五個柏拉圖多面體的史坦納樹,在正八、十二、二十面體都成功優化成更好的結果。另外,我們也證明出正四面體史坦納樹的結果。有了史坦納樹的幫助,我們可以在不影響城市間連通性的情況下,最大化地縮短道路地總長度,因此可將所需成本最小化。史坦納樹的結果可以代表連通圖的最短路徑長,在工程、建築上都將會是重大的突破。

布紙薑薑好—布袋蓮複合紙之探討

本研究以布袋蓮作為主要造紙原料,混合野薑花、楮木紙漿,探討布袋蓮複合紙的製作,希望能減少木材的使用並增加布袋蓮的經濟價值。透過造紙過程、紙張性質評估布袋蓮造紙的可行性,比較添加野薑花及楮木紙漿的差異性,並透過自製裝置進行抗張、抗破力、透光度、曝曬後顏色安定性等紙張性質,探討布袋蓮複合紙的應用及價值。 結果發現,布袋蓮複合紙有質感,添加野薑花纖維可提升紙張抗拉及抗破力,添加楮木紙漿可提升吸水、吸油效果。使用漂白劑以二段式漂白,能將布袋蓮紙張漂白,增加文書利用價值。最後,透過專家評估及創作,可作為彩畫、版畫、窗紙、包裝材等多用途應用,幫助破壞環境生態的布袋蓮找到新的利用價值,為環境盡一份心力。