全國中小學科展

臺灣

「釋」在必得──自釀釋迦醋之探討

臺東為釋迦主要產區,然而卻罕見以釋迦為原料所製成的果醋。過熟釋迦在市場上滯銷率高且糖度升高,其經濟價值快速下降。本研究旨在探討是否可用釋迦透過簡易可行的發酵程序轉化為具商品潛力的釋迦醋。以糖度20°Brix的釋迦300克加入0.5克酵母菌釀製釋迦酒,靜置一個月後過濾並稀釋至8%酒精濃度,再以4:1體積比加入液態醋酸菌靜置發酵。結果顯示,未加糖的鳳梨釋迦樣品在第四天即產生醋膜,酸度增加4.32,氣味清香。且鳳梨釋迦在酸度與香氣表現上均優。研究同時發現,相較於精製砂糖,加入二砂糖更能產生乙醇。因此使用即期釋迦不僅可釀製出高品質果醋,亦具備降低浪費、提升農產附加價值之潛力。

日跡月軌星羅布-自製天體觀測儀與其應用

國小自然課以量角器搭配窺管觀測月亮,利用竿影間接觀測太陽,描繪天體在天空的軌跡,使用星座盤認識夜晚星空,但觀測器與竿影測量精密度低,操作複雜不直觀。本研究利用窺管與雷射筆,加上手機感測晶片與軟體測量傾斜角,自製精準度極高的「天體觀測儀」,可以同時測量日、月、星三種天體,將測量所得的天體方位角、高度角座標, 利用壓克力半圓球描繪太陽、月亮在天空運行的軌跡,製成 「天體軌跡紀錄半天球」利用試算軟體泡泡圖功能,將測量所得的恆星座標畫成平面星圖。將恆星座標經過周日運動校正,使用弧形刻度游標尺系統,描繪恆星在壓克力球上,製成「星羅布天球儀」。開發 出便利、精準、實用的天體觀測儀,並繪出天體的運行軌跡與分布。

基於LS1043A多核處理器之嵌入式系統開機速度之精準計時方案

電子智能系統被廣泛應用在現代人的日常生活中,但是使用任何電子系統都必須面對系統失效的風險,就像我使用電腦可能會當機一樣。在智能車輛的應用中,電子系統的可靠性與我們的人身安全直接相關。一旦發生系統失效的狀況,恢復系統正常運行的最後一個手段是重新啟動系統,藉由系統重啟來恢復系統的正常功能。因此系統重啟的耗時,對系統的可靠性至為重要。 LS1043A晶片是多核心高階處理器,能夠運行完整的Linux操作系統。由於LS1043A架構及功能的複雜性,它的開機程序需要遵守嚴格的步驟,耗時也比一般的微控制器更長。在這個實驗中,我將了解LS1043A處理器的架構著手,由此設計一個計時器,能做到精準量測開機時間達千分之一秒,使開機時間成為能夠量化的指標。本實驗的計時方案是一個通用的設計概念,可用來量測不同類型高階處理器的開機耗時及系統可靠性評估之參考指標。

克雷伯氏肺炎菌莢膜型K47菌株之噬菌體分離及其莢膜多醣分解酶表現

克雷伯氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae)近年來於亞洲盛行,其除了傷害健康外,亦對於醫療經濟造成一定程度的影響。隨著時間發展,此細菌也逐漸獲得了抗藥性,使早期使用之抗生素不再有效,因此,尋找治療此疾病的替代療法成為近年來持續被關注的議題。由於其對細菌具高度專一性,噬菌體之莢膜多醣分解酶被認為極具開發抗生素替代療法之潛力。 本研究陸續於污水中分離純化出1212P2、H-P7、H-P8、0505P5、0505P6、05052P5、0505Kp3等噬菌體,並藉由一系列實驗,篩選出可能具有莢膜多醣分解酶的噬菌體。最後將候選噬菌體1212P2、0505Kp3進行全基因定序。 未來,將進行全基因序列分析,若成功比對並找到具有莢膜多醣分解酶潛力之基因,我們將對其加以表現並測試活性。並進一步進行體內試驗檢驗此噬菌體或其莢膜多醣分解酶的效力,探討其是否能作為開發藥物的工具,為對抗克雷伯氏肺炎菌盡一份努力。

應用多任務學習神經網路建構可識譜六孔竹笛機器人

本研究目標在建構可以識譜及吹奏中國笛的吹笛機器人。中國笛演奏必須協調吹法及指法;藉由控制吹氣流速、吹嘴角度及六指按壓音孔的變化來控制音高以完美地吹奏樂曲,是一項複雜的演奏技術。機器人以模擬吹笛口型的吹嘴,搭配兩個風箱往復送氣到一個壓力調節風箱送氣,以微控制板控制六個機械手指來蓋放完成演奏,為在音尾可確實止氣,設計一個風門,利用風門開闔也可模仿吐音技巧讓笛聲明確發音。辨識樂譜方面收集樂譜樣本,樣本分成譜線、音符、節奏三套,透過多任務學習MTL的深度學習架構進行訓練,建構可以辨識五線四間上下三線及全音符到16分音符及休止符的樂譜辨識模型。經測試若樂譜在符合音域範圍內,可以完整的辨識,轉換成音符資料傳送給吹笛機器人吹奏。

探討手性有機硒催化劑合成與性質

研究指出⼿性有機硫催化劑能催化反應合成出⾼立體選擇性的產物,並有相關的研究指出以同族的硒取代⽽成的催化劑也有類似的性質,我們好奇兩者之間催化能⼒的差異處。本研究探討⼿性有機硒催化劑THSeOBn的合成,並將其應用催化形成氮環丙烷化物及環氧化物以探討其性質。本研究發現相較⼿性有機硫催化劑THTOBn催化,其催化形成氮環丙烷反應的dr 值及反應速率皆有顯著的上升,但其催化形成環氧化物的反應儘管反應速率有上升,但是dr值卻下降。最後本研究提出了關於THSeOBn催化形成氮環丙烷及環氧化物的反應機構。

開發回收PET合成UiO-66並應用於催化合成羥甲香豆素

本研究利用乙二醇處理後的聚對苯二甲酸(PET)及氯氧化鋯,以創新的無溶劑方式”solvent-free PET-to-MOF conversion”合成一類金屬有機框架材料(MOF) ── UiO-66(Zr),並發現此材料可用於催化Pechmann condensation、以間苯二酚和乙醯乙酸乙脂合成羥甲香豆素。於190℃之環境下,乙二醇處理6小時的EG-PET可合成出晶型最接近模擬模型的UiO-66晶體;而我們開發的合成方法中,最佳的反應條件為反應物質量比(氯氧化鋯:PET)= 2:1、130℃合成24小時。 對於合成出的UiO-66(Zr),我將其進行了XRD、FTIR、BET、SEM檢測,結果符合UiO-66(Zr)的特徵;唯比表面積僅有約900 平方公尺/克,推測此方法合成出的材料之有機linker數量和一般UiO-66(Zr)有所差異。 對於催化合成羥甲香豆素之反應,我們首先發現UiO-66(Zr)可作為非勻相催化劑參與此反應;且實驗結果顯示,相較於溶劑熱合成的UiO-66(Zr),以本研究的方法所得之UiO-66(Zr)作為催化劑可得到更高產率的羥甲香豆素。

Eco-friendly fungal-based protein wood adhesives: A non-toxic and effective alternative application

在真菌釀造過程中除了釀出需要的酒精、醋、醬油,味增,釀造後都會產生廢料:酒糟或酒粕改良性質後測試有作為木質黏合劑的潛力。我們選出 6 種菌種,透過破碎、離心、鹼裂解、酸中和與離心濃縮做出蛋白質膠,小量黏合能力測試結果選最佳的紅麴蛋白質與米麴蛋白質。參照 ASTM 標準壓縮負荷與拉力負荷法。 1.壓縮負荷法結果顯示紅麴蛋白膠抗剪強度為 156.1kgf,米麴蛋白膠抗剪強度為 51.3kgf,為對照組 82.2%與 27.0%。 2.拉力負荷法結果顯示紅麴蛋白膠抗剪強度為 88.1kgf,米麴蛋白膠抗剪強度為 40.2kgf,為對照組 195.1%與 89.0%。 實驗結果顯示紅麴蛋白膠在壓縮負荷法強度接近對照組,拉力負荷法強度顯優於對照組,在作為木材黏合劑選擇上提供一種天然且無毒的選擇。

開發腸道菌外膜蛋白質純化方法及以AlphaFold 軟體對應合適製程 Developing purification methods for outer membrane proteins of gut bacteria and matching the optimal purification process by using AlphaFold.

可再現醫療效益之腸道益生菌關鍵分子是重要蛋白質,蛋白質純化極重要但傳統方法費時耗力,導致發展腸道益生菌保健食品的成本很高。本研究取用助於改善糖尿病和血脂異常的腸道益生菌 Akkermansia muciniphila 外膜蛋白Amuc_1100為樣品,先以傳統方法開發純化製程,利用親和性層析和離子交換層析找出純化臺灣本土菌株isolate 02和國際標準菌株BAA-835之條件及其差異,確認純化蛋白質可維持3日穩定。本研究進行AlphaFold 電腦模型預測蛋白質結構並進行蛋白質序列分析,發現蛋白質本身結構和電性不同才導致isolate 02和BAA-835純化製程條件有所差異。本研究提供全新展望,透過人工智慧將蛋白質結構對應到合適製程,大幅減少研發純化條件的時程,完善蛋白質純化方法學,並得到可量產且品質穩定的純化蛋白質。未來將選用其他臺灣本土 Amuc_1100樣品以擴大驗證及建立蛋白質結構與純化製程資料庫。

背景音樂與閱讀理解的神經處理機制

腦部若處於焦慮狀態,便會在認知上產⽣更多分⼼情形。同時,聽音樂能良好的緩解焦慮狀態並降低負面的認知影響。然⽽根據「認知能⼒假說」,在閱讀時若⼀邊聽音樂,閱讀表現便會因認知資源增加⽽受到擾亂。因此,本實驗利用主觀評量以及客觀的腦波測量,探討音樂對閱讀的影響為何?藉由改變背景音樂的情緒正負向度及在測試語句中目標詞的可預測性,探討閱讀理解之表現是否存在差異。其中,以N400 的可預測性效果作為閱讀理解的客觀指標。實驗發現,在無音樂情境下可觀察出典型的 N400 可預測性效果。然⽽,正負情緒之音樂皆會對於閱讀作業產⽣延遲的可預測性效果,其中帶有歌詞的流⾏樂會起到更⼤的⼲擾。本研究初步證實認知能⼒假說,未來將繼續收更多受試者,分析受試者焦慮狀態之影響。並分析 EEG 之腦波資料 alpha 波變化,作為放鬆程度的客觀數據。