全國中小學科展

臺灣

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。

艾雪三角形磁磚對稱密鋪圖研究

根據研究[1]指出:三角形磁磚邊之作用方式共有 5種,且共有 11種設計方法可在平面上密鋪。然而作者在解決問題的方法均是採用窮舉,方法不夠嚴謹。本研究運用不同的方法,透過代數計算證明了三角形磁磚共有 11種對稱密鋪圖結構;而 M.C.Escher在手作創作圖中只使用了其中 5種結構;在與前人的研究比較下,發現前人所歸納的 11種設計方法恰好對應到本研究中的 8種密鋪結構,而另外 3種結構是前人所未探討的磁磚內部變化方式。本研究也進一步推廣至相關立體圖形,如:正四面體、正八面體、正二十面體…等,並歸納出各種立體圖形可密鋪的種類數,透過適當軟體的支援下,可以快速且精確繪製出豐富有創意的圖樣。

天磁地力能合-創新磁浮動力輪的奇幻之旅

現今運輸與物流系統消耗大量能源,造成高碳排放。本研究開發創新磁浮動力輪,旨在降低能源消耗並提升運行效率。研究結合三大核心技術: (1) Bedini馬達電能回收,延長續航力; (2) 慣性滾珠旋轉能,減少電力消耗,提升效率; (3) 側邊磁浮導引系統,減少摩擦,提升行駛平穩性。 實驗顯示,Bedini馬達能有效回收電能,慣性滾珠使行駛距離提升31%、側邊磁浮導引讓滑動阻力下降16%,且能減少晃動,提高穩定性。本設計具模組化與延展性,未來可應用於智慧物流、無人工廠與綠色交通系統,是具前瞻性的節能推進技術。

學習中隱形的KOL-以社會網路分析不同領導方式對學習自我效能之影響

研究結果顯示討論式領導網路結構較為集中,互動性高、資訊流通快,可有效提高學習自我效能,但高度依賴核心成員,網路穩定性受限,適合需團隊合作課程。 放任式領導網路結構分散,成員自主性高、創造力強,但整體成效受學生自我管理能力影響大,且成員參與度不足、信息傳遞效率低,影響團隊的協同效應,導致自我效能提升不顯著較適合具高度自律的學生和開放性目標課程。 權威式領導網路結構集中,信息決策速度快,具高替代學習效果,但信息高度集中,限制學生自主性和創造力,較適合需明確結構與快速掌握知識的課程。綜合而言,領導方式沒有絕對優劣 ,可依任務性質與個人特質,選擇最適合的領導模式與小組合作方式,以達最有效的學習成果 。

把自己變不見的「膜」法

本研究以天然材料製作「水溶性包裝袋」為目標,期望改善塑膠袋所造成的環境問題。從腐壞地瓜萃取出澱粉為原料,並將甘油、聚乙烯醇(PVA)、檸檬酸、硬脂酸及水混和以塗佈機於玻璃片上製膜。針對不同比例所製成的水溶膜,透過SEM探究聚合物的交鏈情形;藉由拉力實驗找出膜袋 荷重性最佳的成分比例,澱粉、甘油含量較低者,膜袋荷重表現佳。以熱重分析法探究膜袋之熱穩定性。以FTIR分析成分比例不同的膜之氫鍵,圖譜中可見甘油所造成之變化,同時影響膜的黏滯性。透過微粒動力學將膜溶於水中,施以擾動並觀察微粒粒徑變化情形,攪拌時間越長粒徑越小。最後,將自製膜放於植物盆栽上,觀察植物成長及測量滲透水pH值,確保其對環境友善,以利推廣應用。

Boc2O的功能性研究及惡嗪酮的合成方法學

惡嗪酮(Oxazinanone)為一個含氮與氧的六元雜環,現今以其製成的藥品仍為少數,但其骨架依然具備運用於未來藥品的使用之潛能。 已有高產率合成惡嗪酮之方式,然鑒於其嚴苛的反應條件,為使此反應得以廣泛應用,我們嘗試於研究中使用焦碳酸二叔丁酯(Boc2O)合成惡嗪酮。研究發現,我們預期的方法確實能在產率合理下以溫和的條件合成惡嗪酮骨架,其中以2,3-二甲基取代基為起始物之產率尤為優異,但由於TBAB殘留問題,無法得到精確產率,期盼未來研究可著手改善此問題,而讓這條全合成路徑更經濟實用。而透過改變催化劑亦提供我們推測其反應機構,但仍期盼未來能以立體化學得到更多證據證明反應機構。

探討地震相關因子對於斑馬魚社交行為之影響

台灣地震次數頻繁,除了地震帶來的自然災害以外,地震也會造成生物的心理焦慮及恐懼。斑馬魚是一種群居動物,可以表現群聚、侵略、恐懼、焦慮或是警戒等行為,因此斑馬魚的行為表現是分析社交行為的理想實驗模型。本研究目的為探討斑馬魚的社交行為是否會受地震之影響,藉由模擬地震的發生來觀察斑馬魚社交行為的變化。在斑馬魚潛水實驗(Novel tank diving test)發現在模擬地震強度 4.5 級的晃動後斑馬魚待在上層水域的時間下降;鏡像啄食實驗(Mirror fighting test)中則發現處理組的魚經由模擬地震強度 4.5 級的晃動後攻擊次數和打鬥週期皆顯著上升;而在社交偏好實驗(Social Preference test)中發現經過模擬地震 4.5 級晃動後的斑馬魚將會更傾向於靠近其他熟悉的個體。斑馬魚在地震來臨時會感到不安和焦慮造成其警戒心上升進而提升其攻擊慾望,也會更傾向靠近熟悉的同類維持安全感。

Connectivity Analysis of Glucose Metabolism in Huntington’s Disease: A New Perspective Provided by Dynamic Glucose-Enhanced MRI

亨丁頓症為神經退化性疾病,與認知功能障礙緊密相關。本研究首創應用 DGE MRI, 以探討葡萄糖代謝作為亨丁頓症神經影像生物標記的可行性,了解其腦區間代謝之關聯性。 本研究探討腦區間葡萄糖代謝關聯性與亨丁頓症病理之間的關係,在 zQ175 KI 和R6/2 KI 小鼠中不同的連接性變化模式,其中在紋狀體及齒狀迴之間之葡萄糖代謝關聯性發現顯著變化,與已知病理相符,說明 DGE MRI 用於臨床生物標記之潛力,助於及時診斷和監測。 本研究首創探討 DGE MRI 作為亨丁頓症影像生物標記之可行性,提供葡萄糖代謝行為於腦區間相互作用之分析,不僅可更加了該症病理,更可推動早期診斷、疾病監測和精準醫療應用之發展,說明可能有針對代謝紊亂的潛在治療策略。

探討內源性大麻素對果蠅細胞自噬與生理功能的影響及角色

內源性大麻素系統對人類體內平衡具重要影響,但尚未有以果蠅作為模式生物,探討內源性大麻素 2-AG對果蠅細胞自噬與生理功能的關聯性研究。本研究中我們透過降解或過度表達 2-AG的合成酶與分解酶,調控果蠅細胞內 2-AG的含量,發現 2-AG含量多寡對果蠅抗飢餓與抗壓力能力具正相關之影響。再進一步探討細胞自噬的表現與 2-AG含量的關聯性,發現降解 2-AG之分解酶,會使細胞自噬量顯著增加。我們將本研究推廣至以果蠅複眼為觀察標的,初步研究內源性大麻素含量對神經退化性疾病的影響,未來可應用於疾病治療並探討此機制與細胞自噬的關聯性。

硬骨魚鰓上用以適應淡水酸化獨特的產氨與排氨機制

環境酸化為地球面臨的危機之一。面對酸逆境時,產氨及排氨為脊椎動物保守的適應策略,而本研究致力於探討脊椎動物之一的斑馬魚 (Danio rario) 在面對酸逆境時適應的特殊機制。首先,斑馬魚在pH值4.0環境下酸處理6小時後,水體及血液中氨濃度顯著上升。透過qRT-PCR,負責產氨的麩醯胺酸酶 (GLS, gls) 基因在鰓、肝、肌肉、腎中皆被誘發,顯示他們皆貢獻於排氨的過程。比較不同器官發現,鰓最早在6小時便啟動 gls基因,可知鰓除了負責魚類的排氨,也是面對急性酸逆境時最初的產氨器官。在斑馬魚的鰓上,我們也發現了硬骨魚特有的富含GLS的細胞 (GLS細胞),再次應證了硬骨魚面對酸逆境時,鰓上獨特的適應機制。本研究為氣候變遷議題提供了非常有價值及參考性的資訊,也協助預測未來持續環境酸化下硬骨魚類的未來。