全國中小學科展

臺灣

改質細菌纖維素製成環保奈米摩擦發電機

本研究旨在製作環保的奈米磨擦發電機,並提升其功率,本篇使用細菌纖維素替換奈米摩擦發電機中常用卻難以降解的塑膠摩擦材料,並透過乙醯化及檸檬酸交聯接上擁有高電子密度的官能基同時減少纖維素鏈間的氫鍵,搭配冷凍手法製作孔洞纖維素增加反應產率,試圖提升奈米摩擦發電機的發電效率。最終製成環保奈米摩擦發電機,提升其作為綠能的潛力。

蜿蜒曲折-矩形中心點連線之路徑轉折次數探討

本研究主要在探討𝑀×𝑀及𝑀×𝑁的矩形中,將中心點一筆畫連接後的最少及最多的轉折次數。在最少轉折次數的部分,我們使用直橫線數量法探討直線與橫線的數量,並找出與轉折次數之間的關聯,最後利用反證法進行證明;在最多轉折次數的部分,我們根據𝑀𝑀與𝑁𝑁奇偶數的不同進行分類討論,一開始先利用外圍擴充法找出圖形畫法,最後利用直橫線數量法完成證明。

智慧蚊監-3D 列印與機器學習

氣候變遷加劇了蚊媒疾病對全球公共衛生的威脅,迫切需要創新的解決方案。在台灣,登革熱的傳播主要由蚊蟲滋生所致。為了解決此問題,我們設計了一款三層結構的3D 列印誘蚊器,包括吸引懷孕雌蚊產卵的誘餌層、捕捉蚊蟲的黏膠層,以及防止異物進入的保護層。該裝置成本低、易製作且不需要外部電力,特別適合在資源有限的地區部署。 我們結合校園監測站每日捕捉的蚊蟲數據與氣象站提供的溫度、濕度和降雨等環境數據,運用SARIMA 與隨機森林混合模型進行分析與預測。SARIMA模型負責捕捉蚊蟲數量的季節性與長期趨勢,而隨機森林模型則處理環境變數與蚊蟲密度之間的非線性關係。此混合模型不僅提高了預測精度,還能解析蚊蟲的生態模式,進一步指導誘蚊器的最佳配置。此外,我們還開發了紅外線感測系統,即時偵測蚊蟲活動,為監測提供精準數據。 為評估氣候變遷的影響,我們模擬了不同全球暖化情境下的蚊蟲密度變化趨勢。結果顯示,隨著溫度上升,蚊蟲密度呈現非線性收斂趨勢,但正相關性依然存在,強調了氣候變遷可能帶來的潛在危害。我們還開發了一個網站,用於即時呈現蚊蟲密度預測,幫助政策制定者和公共衛生機構有效應對疾病防控挑戰。 本研究與聯合國永續發展目標(SDGs)中的SDG3(良好健康與福祉)及SDG13(氣候行動)高度契合,展示了結合3D列印、機器學習、即時感測和網路技術應對蚊媒疾病的創新潛力。此系統提供了一個可持續的全球蚊蟲控制模型,為公共衛生、疾病預防及流行病學的未來創新奠定了堅實基礎。

利用體外測試方法探討生醫水凝膠與材料表面附著性質之關聯 Investigation of the relationship between biomedical hydrogels and surface adhesion properties using in vitro testing methods

醫療級水凝膠在注入人體後容易因運動行為而產生位移,因此需要體外測試方法來評估水凝膠的附著性,以製備適合不同部位使用的水凝膠。本研究設計兩種測試方法來模擬水凝膠在人體的斜角流動狀態和旋轉流動狀態的位移,藉此推斷水凝膠施打入體內後的變化。本研究採用兩種不同黏性的水凝膠和不同粗糙度表面如人工皮、陶瓷和金屬來模擬人體部位的接觸面,探討水凝膠的附著性質。斜角流動測試下,黏性高的水凝膠在陶瓷和金屬 30°、45°及90°的斜角下幾乎不會流動,黏性低的水凝膠則會隨著角度的增加而流速加快。陶瓷粗糙度最高,水凝膠在其表面上附著性質較強。旋轉流動測試下,高黏性的水凝膠在模擬跑步時都具穩定性,而低黏性則只適用於較穩定的步行狀況。體外測試方法能區分不同黏性水凝膠的附著性質,說明此方法可作為篩選適用的水凝膠的依據。

複合葡萄糖氧化酶的金奈米團簇應用於葡萄糖檢測

本研究使用牛血清白蛋白(BSA)、穀胱甘肽(GSH)、金離子合成金奈米螢光團簇,並修飾上葡萄糖氧化酶(GOx)。此金奈米團簇上的葡萄糖氧化酶與葡萄糖反應,製造出過氧化氫,改變金奈米螢光團簇表面特性使螢光強度減弱,偵測葡萄糖濃度。 本研究探討不同條件金奈米團簇和不同濃度的葡萄糖反應,知道此材料可檢測到最低濃度的葡萄糖,且金奈米團簇在血液中對葡萄糖具有專一性,可穩定進行血糖檢測。另外,與不同濃度的人體血清樣本反應,發現血清濃度越高的螢光訊號下降明顯,因此可知修飾上葡萄糖氧化酶的穀胱甘肽輔助之牛血清白蛋白金奈米團簇(BSA/GSH-Au NCs)可用於人體血糖檢測。本研究開發出靈敏、快速、穩定的葡萄糖檢測材料,並期待未來能運用於實際的人體血糖檢測上。

鼻嗅鞘細胞 Olfactory Ensheathing Cells(OEC)對紅血球吞噬效能的影響

腦溢血為腦血管破裂出血,當紅血球破裂釋放神經毒性物質,將進一步導致繼發性腦損傷,免疫細胞活化、造成神經發炎、血腦屏障損壞等嚴重免疫風暴。 鼻嗅鞘細胞(OEC)的抗發炎及吞噬特性對血腫塊清除有極大潛力。本研究透過模擬紅血球受損狀態,以離體細胞實驗首次確認OEC對紅血球的吞噬作用。以RT-qPCR分析其在吞噬作用中的基因表現,發現促發炎基因表現量雖有上升趨勢,但會在短時間內下降,抗發炎基因則皆有上升趨勢,可能與OEC的免疫調節作用有關。此研究結果顯示,OEC確實能直接吞噬紅血球,相較於BV-2有較不易引起發炎反應的優點,可進一步作為開發腦溢血新療法的參考依據。

蕗蕎對抑制血管收縮素轉化酶活性及降血壓之評估

蕗蕎為原鄉部落常見且重要的香辛料作物,具有降脂、抗動脈粥樣硬化、抗菌等活性, 但對於血管舒張作用則少有相關研究。因此本研究以乙醇對蕗蕎進行萃取,再進一步以色層 分析等方法進行純化,其分離到之化合物由核磁共振磁儀(NMR)光譜技術分析及質譜(MS) 之鑑定,鑑定得到一個主要大量的固醇類天然產物: Laxogenin。另外透過頂空氣相層析質譜儀(HS-GCMS),從生鮮蕗蕎(Allium chinense G. Don)共鑑定出 13 種化合物,其中包含 8 種含硫化合物,並以 Disulfide dimethyl 含量為 71%,占揮發氣體之含量最高。 在抑制血管收縮素轉化酶 (ACEI)活性測試中,取蕗蕎的酒精萃取物、大蒜的酒精萃取物、Laxogenin、diallyl disulfide 在濃度為 0.0125 mg/mL 下,其抑制率分別為 3.9 %、8.3 %、4.2 %、4.6 %。並透過電腦模擬分子對接技術(MDM),發現 Laxogenin、diallyl disulfide 與 ACE酵素具結合親和性,以上結果顯示,推測蕗蕎具有抑制 ACE 酵素及降血壓之功效。

讓「剩食」變「勝食」~綠蕉珍珠的抗性與物性研究

本研究探討過剩綠蕉在食品加工中的應用。綠蕉富含抗性澱粉與膳食纖維,透過檢測不同因素對綠蕉澱粉抗性的影響,研發與製作最佳比例與配方的綠蕉珍珠。結果發現透過烘乾、磨粉等過程可開發適合食品加工的綠蕉粉。以烏龍綠蕉粉與太白粉3:7比例加入1%~3%橄欖油可顯著提升抗性,製作兼具口感與消費者接受度的綠蕉粉圓,經冷藏或冷凍保存其澱粉抗性增加,透過微波回溫較能維持粉圓的彈性、黏性與咀嚼性等口感。本研究比較綠蕉珍珠和市售珍珠粉圓的抗性、水活性、色差、物性等食品特性,不僅提出的綠蕉珍珠製作與保存技術,並提供產品營養標示供消費者參考。不僅能解決綠蕉過剩問題,還能為健康飲食提供新選擇。未來可開發綠蕉粄條、糕點等拓展市場價值。

高中生生成式人工智慧素養現況與影響因素分析

本研究旨在探討高中生生成式人工智慧(GAI)素養之現況,並分析背景變項與影響因素之關聯。透過問卷調查蒐集資料,涵蓋GAI應用能力、學習態度與意願、外部影響與支持資源、GAI倫理與社會影響等五大構面,進行描述統計、t檢定、單因子變異數分析、相關分析、迴歸分析與中介效果等統計檢定。研究結果顯示,不同學制及群科學生在GAI素養表現上存在顯著差異,其中教師與學校的外部影響會透過學生對GAI的學習態度進一步影響其應用能力。特別是教師的支持度對學生GAI應用能力的貢獻大於學校層面的資源提供。研究顯示教師在推動學生有效使用GAI工具中扮演關鍵角色,提供未來課程設計與GAI素養培育政策的具體參考。

基於LSTM行為與活動力之樂齡關懷系統

本研究開發基於RNN和LSTM的獨居者居家行為監控系統,利用樹莓派、多種無侵入式感測器及鏡頭實現獨居者日常活動的實時監控與情緒評估。系統收集各感應器數據,透過 LSTM 進行學習與預測,並使用隨機森林演算法分析行為狀態,提供客製化數據處理與預測性能優化。 長期數據收集可觀察獨居者的活動力及情緒變化,早期發現健康風險,針對現有求救設備頻繁異常通知的問題,我們開發了能夠識別長期身心狀況變化的監測系統,並整合人體紅外線感應器、都卜勒雷達感應器、日夜感測器等技術,透過Python程式及MQTT進行數據收集與處理。模型訓練使用SQLite資料庫數據,經過多次測試選擇最佳參數以提高預測準確度,隨機 森林演算法也強化決策準確性。 通過長期的數據收集和分析,本系統能夠觀察並預測獨居者的活動力和情緒的變化,早期發現獨居者的身心健康是否有風險。