全國中小學科展

臺灣

RBM4調控BDNF表達對發育的重要性

RBM4 是種 RNA 結合蛋白,以其在各種組織中作為剪接調節因子進而豐富了蛋白質多樣性而受到關注。在我的研究中,藉由 RNA 定序找到了可能由 RBM4 主導的選擇性剪接, 包含 Rbfox2、Prpf40b 和 Add3 等,並發現這些剪接事件在不同時間點和組織中存在差異。因為在不同的組織中看到了選擇性剪接的變化,更透過觀察組織切片比較了野生型與 Rbm4 基因剔除的小鼠中其腦部、心臟、骨骼肌、棕色脂肪組織和胰臟的表現型,進而發現這些差異與基因的關聯。 此外,我的研究揭示了 Rbm4 雙基因剔除小鼠在骨骼肌和胰臟中 Bdnf 和一些指標基因的 mRNA 表現量明顯下降。而令人驚訝的是,腹腔注射 TrkB 活化因子 DHF 能夠顯著地完全恢復 Rbm4 雙基因剔除小鼠中的 Bdnf 表現量。這些發現共同突顯了 RBM4 在調控 Bdnf 中的關鍵作用,並展示了 DHF 作為潛在治療方法的有效性。

由楊氏矩陣變形之三角楊氏陣列的探討

楊氏矩陣是由有限多個相鄰的方格排列而成的表格,各橫列的左邊對齊,格子數由下而上遞增,而標準楊氏矩陣中每列與每行的元素皆嚴格遞增。我們將楊氏矩陣的「方格」變形為「三角形」,制定與原先楊氏矩陣相似的規則,並命名之為三角楊氏陣列。 本篇研究中,我們首先求得了將某些特定形狀的兩列三角楊氏陣列的遞迴關係式、生成函數、一般項,其與組合學上著名的卡特蘭數亦有相關。後來更是一般化至任意的兩列三角楊氏陣列,得到能夠求其方法數的通式。研究中使用的推算邏輯與方法,也許對未來再研究更一般(或云更多列)的三角楊氏陣列會有所幫助,另外,此研究與偏序集合(Partially Ordered Set)有關,可能可以應用於資訊領域的排序問題。

鈦藻膜—環保光催化材料結合微生物燃料電池之效能探討

我們從聯合國永續發展項目SDGs中,選擇與台灣密切相關的第14項“保育海洋生態”作為我們的研究主題。為了解決原油洩漏造成的污染,我們結合課本提到過的光催化技術,自行研製出了奈米級二氧化鈦-海藻酸鈉小球(以下簡稱鈦藻球),並結合MFC微生物燃料電池技術,企圖解決此問題。本實驗我們選了可自然分解的海藻酸鈉凝膠,替代文獻中塑膠海綿作為光催化載體材料,使裝置的光催化部分完全對環境沒有危害。分解的過程中先利用TiO2的光催化特性,將高分子有機污染物高效分解成小分子有機物,再由MFC微生物燃料電池分解成無害的生物代謝產物,整個過程將相比起現行的處理方式,更加環保,並在過程中產生能源 ,達到永續目的。

水之呼吸~無動力增加水中溶氧機制之探討

本研究以水中溶氧量的變化為主題,探討影響溶氧量的各項因素,如高度差、曝氧時間、氣泡因素、管徑流速及擴管或縮管所形成的壓力變化對溶氧量的影響。 透過實驗設計、檢測與分析比較各種因素下的溶氧量,得知在無動力前提下,為增加水中的溶氧量應: 1.增加上下水層高度差,以提高流速及壓力差。 2.出水口置於容器底部,加大氣泡與水接觸距離,也增加曝氧時間。 3.小氣泡可增加接觸面積,提升溶氧。 4.粗、細管連結時的管徑差不宜過大。 5.利用注射針頭產生微氣泡。 本研究依上述條件,設計出簡易裝置,能在缺電停電下,解決水中生物因缺氧導致生存環境惡化時,提供增加水中溶氧量的最佳解決方案,期待能造福養殖業及各式觀賞魚缸的家庭或商業場所。

「泡生溶溶」---泡泡除塑淨水法的研究

本研究透過不同介面活性劑來吸附海洋微塑粒,初步發現,無患子的親油性最好,TDS值可作為微塑粒濃度的檢量線。為了解介面活性劑的親水性值(HLB值)對起泡力及清除率的影響,加入HLB值為4的白蠟油(油性介面活性劑)進行實驗,發現海塑粒無患子起泡效果最好。泡泡水去除海洋微塑粒效果約為8.3%,無患子溶液約為9.7%,白蠟油約為60.7%,故白蠟油的清除效果最佳,但並不天然。後來,我們發現了天然的親油性介面活性劑―大豆卵磷脂,無患子與其的起泡比例以7:3為最佳,且單純大豆卵磷脂的清除率高達84.14%為目前最高。最後,我們發現此起泡裝置能清除真實海水中37.55%的微塑粒。

「滲」機「薄膜」──探討鐵鈷鎳氧化物在滲透蒸發薄膜上的效果

本研究利用合成三種金屬氧化物Fe3O4、Co3O4、NiO,藉由改變摻入海藻酸鈉薄膜的比例以提升四氫呋喃(THF)去除率。先改變海藻酸鈉比例進行實驗,得到3 wt%的海藻酸鈉為最佳薄膜條件。再合成三種顆粒並鑑定顆粒特性。再將顆粒摻入海藻酸鈉薄膜,鑑定薄膜的親水性。又以90 wt%的 THF 為有機染料進行滲透蒸發實驗,改變時間後,選定 6 小時為實驗的控制時間。接著用摻入不同氧化物的薄膜進行滲透蒸發,探討何者除去THF的效果最佳。當中以Alg/1%Co3O4 的效果最佳,可產出純度99.96%的水。另將Alg/1%Co3O4進行以異丙醇和乙酸乙酯為有機染料的實驗,同樣有不錯的效果。

基於YOLO物件偵測之長者居家行為識別暨照護輔助系統

隨著高齡化社會來臨,長者夜間跌倒事故頻傳,居家安全成為急需解決的問題。本研究提出一套以深度學習與影像處理技術為核心的智慧監測系統,重點為夜間跌倒事件的即時辨識與預警。系統運用OpenCV進行影像增強,改善夜間低光環境下的影像品質,再以深度學習模型Ultralytics YOLO11進行精準的跌倒偵測,達成即時通報與警示。此外,整合臥床偵測、夜間燈條引導與浴室進出監控,提供全方位居家安全防護。所有檢測數據即時記錄至Web Server(HTML、JavaScript、CSS、Flask、MySQL架構),供遠端監控與數據分析。經實驗證明,本系統能準確辨識夜間跌倒事件,有效減少長者夜間意外事故發生,對高齡社會居家安全具重要貢獻。

「蝕」無忌憚—空蝕效應中空穴產生的機制及特性之探討

本實驗探討空蝕效應空穴產生和氣泡附著於鋁箔紙上的情形。我們使用超音波洗淨機為製造超音波場的工具,將固定大小的鋁箔紙放入超音波場中產生破洞,透過破洞在鋁箔紙上的分布,推論在腔體裡氣泡的分布與傾向附著的部分,也利用顯微鏡在微觀下更仔細地觀察破洞的擴張情形,藉以得知氣泡如何在鋁箔紙上附著。 實驗中我們利用不同觀察方式,推論出氣泡在鋁箔紙上造成破壞的位置,也利用顯微鏡實際觀察破洞,確認我們的推論,使用顯微鏡實際看到破洞後,我們透過破洞的變化,建立許多模型,最後根據我們推導出的理論製作程式,模擬一個完整的鋁箔紙,按照這些氣泡產生與附著機制產出的破洞分布,和實驗結果有無相符,再次證明我們對氣泡的理論。

遨尤四海––原三角形和頂垂三角形的尤拉線性質探討

本研究以圓內接多邊形為主題,探討其幾何結構中的尤拉線特性,重點分析原三角形與頂垂三角形之間的幾何關係,以及原三角形與六邊形尤拉線的關係。

開發有機膦催化之二酮吡咯烯烴β-醯化反應

由於多種阿茲海默症抑制的藥物中含有 pyrrolidine-2,3-dione 骨架,因此本實驗製備其衍生物,拓展神經損傷治療相關的藥品資料庫。研究中成功透過一鍋化策略完成難度較高的β-醯化反應,並且加成三氟乙酸酐的醯氟基,拓展醯化反應、氟化學的應用,展現其在化學及生物活性上的潛力。查閱相關文獻後,設計有機膦試劑作為催化劑,針對反應的條件進行優化,並深入了解其反應機構,建立β-醯化反應理論與實驗基礎,亦將所合成之產物進行純化,透過儀器鑑定化學結構與特性,接著測量並計算衍生物的反應產率。最終製備不同官能基的起始物,合成多種衍生物以豐富資料庫,並觀察不同取代基間的反應特性與立體障礙。