全國中小學科展

臺灣

藍已去除–探討二氧化鈦奈米線在不同製程下對亞甲藍的降解效果

本研究是探討將P25二氧化鈦改質成奈米線,其製程在可見光照射下對亞甲藍的光降解效果(10mg奈米線降解20ppm、15mL亞甲藍溶液)。首先我們在五種不同水熱溫度中找出最佳製程溫度,接著以不同的水熱時間找出最佳製程時間,最後發現以TiO2/180℃/18hr為最佳二氧化鈦奈米線製程條件,在可見光照射下降解率達41.7%。接著以此二氧化鈦奈米線作為載體,添加1.0%的銅、銀、鐵,發現添加銀可提高其降解率。最後以銀作為添加金屬,改變濃度製作觸媒,發現以1.0%的銀為最佳製程條件,降解率為60.4%。另外我們對觸媒進行XRD、SEM、PL、氫氧自由基檢測、BET、DRS分析、觸媒回收率、二次降解及日光降解之效果。我們發現觸媒回收率可達94.2%,二次降解效率可達99.0%與94.0%。

不鈣你-利用自體螢光檢測含鈣程度

我們希望能用簡單、不破壞食材本身的光學方法,就能檢測到食物的鈣含量,研究方法是以牙菌斑顯示機,搭配不同顏色、不同層數的玻璃紙,不需在暗室的環境下拍攝照片,以肉眼觀察亮度與軟體分析RGB三原色並進行探討。而實驗樣品則是以不同混合比例的碳酸鈣水溶液為對照組,再漸進到含豐富成份、外表有不同顏色的食材。結果顯示,多層數黃色、紫色玻璃紙仍具有足夠亮度可以看清樣品,而綠色玻璃紙就完全看不到,此結果與相關的文獻螢光光譜一致,軟體分析RGB三原色強度更進一步確認食材是否為高鈣含量,與文獻上生化方法檢測食品鈣含量高低也有一致效果。

銀離子對於生物性電阻式記憶體影響之研究

本研究以生物性材料取代傳統無機材料製作記憶體,期待解決電子廢棄物累積的問題。實驗選用鹿角菜膠作為記憶體絕緣層,透過溶液-凝膠法製備成生物性電阻式記憶體,並探討金屬銀離子的摻雜與否對於電性表現的影響。本研究發現,藉由銀離子參與燈絲組成,可使元件ON/OFFratio比提升為103,並降低記憶體的開關電壓與提升其可靠度等表現。我們亦透過線性擬合確知本研究製作之電阻式記憶體符合蕭特基輻射模型,判定元件組態切換行為屬於燈絲傳導的可能性。由於摻雜銀離子對於生物性記憶設備的電性表現有明顯提升,離子與天然材料的組合可望成為下個世代記憶存貯產品的有利競爭者,並為未來電子元件發展提供新的方向。

蚤必投光?水蚤趨光行為及其可塑性研究

本研究探討水蚤Daphnia pulex趨光行為的可塑性與各運動數值差異,藉自行開發的YOLOv8模型追蹤多隻水蚤的移動軌跡,並使用tracker軟體分析數據。證實了ByteTrack多目標追蹤演算法在生物研究中具有重要的應用價值,尤其適用於微小生物運動研究,為微觀尺度生物研究領域帶來了新的貢獻。研究顯示水蚤傾向趨光,水蚤日齡越大、光強度越強、光波長越長,和黑暗前置都會使水蚤在趨光測試中移動速度增快。遺傳和生長環境皆會影響到水蚤對光線刺激的行為反應,並發現水蚤在利他素或模擬掠食者的環境下,趨光偏好明顯轉變。趨光水蚤面對掠食者擁有更高逃脫率,並意外發現了水蚤禦敵時會行繞圈運動。此外,在水蚤基因體中發現多處與果蠅的rhodopsin蛋白高度相關的序列,值得未來進一步研究。

抓不住你的味~以本校五年級學生為例

這幾年疫情的關係,許多人在確診後味覺受到影響,深感到味覺的重要。但味覺不單是口中品嚐到的味道,而是與其他感知均有關聯。本實驗探討顏色是否會影響五年級學生運用視覺、聽覺、嗅覺、觸覺判定甜味?我們以日常生活中會看到的三原色、漸層色來調製糖水,再以無色糖水對照進行實驗,分析了解使用感知判定甜味,會使用哪些方法呢?我們邀請本校五年級的學生進行實驗,實驗後填寫問卷,共回收1277份問卷,內含有效問卷數1109份,進行問卷整理,並統計分析數據及製作圖表,希望藉此研究,讓我們更能了解各感官對甜味的關聯性,並且認識自己的味覺。

新創多功能擴展顯微鏡技術

擴展顯微鏡技術是以高分子化學與物理化學原理放大生物樣品的體積,相對地提高光學顯微鏡解析度至奈米等級。目前所使用的方法,無法有效標定細胞膜、胞器膜與脂質,且採用受質專一性低的蛋白酶K,易導致螢光訊號流失。為改善上述缺點,本研究先用酪氨醯胺訊號放大技術增加螢光強度,再用受質專一性高的胰蛋白酶以減少螢光訊號流失。因新方法使用酪氨醯胺和胰蛋白酶,簡稱為TT-ExM。實驗結果顯示此方法可更清楚標定細胞内多種生物大分子,如蛋白質及脂質,也適用於DNA染色。利用共軛焦顯微鏡即可進行超高解析度觀察,含各種微細的胞器、脂膜、和脂球結構,及染色體與粒線體DNA。本研究論文已投稿專業期刊審查。

「磁」「明」無雙 — 磁性碘氧化鉍可見光光觸媒對淨水效率之研究

本研究成功以不同化學方法自製磁性奈米粒子,並利用水熱法(Solvothermal)合成可見光光觸媒碘氧化鉍(Bi4O5I2),再以不同比例複合出具磁性的光觸媒,藉由光降解結晶紫(Crystal Violet)染料實驗探討分解染料效率最佳之複合樣本,其最佳樣本為Bi4O5I2 -Fe3O4-90 %,反應速率常數達0.1118 h-1,並運用一系列儀器檢測其特性並探討其與光催化效率之關聯性。此外,針對觸媒在生活中的應用性探討,在生活不同水質、極端pH值或是高濃度之有機汙染物均仍保持良好的降解效率,並以Arduino開發板搭配各項組件模擬小型淨水場,以達到自動化降解有機汙染物。另外,利用自製紫外光照光裝置模擬捕捉CO2之光催化反應,並使用Arduino開發板之氣體偵測器確認生成化石燃料作為未來展望目標。

挺立-應用全身辨識輔助站姿調整即時回饋系列之研究

學生在生活中常常不知不覺地彎腰駝背,導致姿勢不良,造成肌肉以及骨骼受傷,通常在健康檢查照X光才有所發現,為時已晚。「挺立」系統設計的TM POSE在不同情況下平均準確度達80%以上;全身辨識部分準確度也達85%。此系統設定TM POSE當作第一層把關,若辨識後的信心度不足0.8,透過MQTT,啟動第二層全身辨識系統,最終的判讀結果透過語音朗讀的機制即時回饋給使用者,即時提醒身體何處「姿態不良」,可盡快調整站姿。「挺立」系統當作「不良姿態」檢測的把關先鋒,照顧所有師生,讓我們避免於脊椎病變引起的疾病,實屬不易。

探討盤頭絨泡黏菌作為黏菌電線(Physarum wires)的特性

本研究探討盤頭絨泡黏菌作為黏菌電線的潛力,利用自製電流檢測裝置繪製伏安特性曲線,結果顯示黏菌電線的電壓與電流高度正相關(r=0.986,p<0.01),且受到連接寬度與溫度的影響,電阻與環境溫度呈中度正相關 (r=0.642, p<0.05),顯示其為非歐姆導體。我們利用4nm的鐵粉及Fe₃O₄餵食黏菌,並記錄黏菌取食後外觀顏色的變化,結果顯示取食後的電流量提高且電阻下降。 黏菌電線具有可變電阻特性可應用於特殊環境或生物感測器,本研究設計黏菌並聯及串聯裝置,且利用溫度與電阻的特性設計溫度感測裝置,成功以黏菌藉溫度來調控LED明亮,展現其在生物感測領域的應用潛力。

不「鰻」你了~魚骨成金

本研究採用創新設計的「水代法」處理養殖鰻魚加工後廢棄魚骨,成功解決過往鰻魚骨含油量高,無法利用而丟棄的環保問題,使生物資源得到充分利用。透過「低溫烘乾前處理」製成的鰻魚骨粉香氣與口感俱佳,適合作為食品添加物。 水代法是將鰻魚骨在90℃水溫、粉水比1:3狀態,藉由攪拌、壓榨去油,不僅保留營養成分(蛋白質、鈣質、磷質),同時降低高達90%的脂肪含量。水代產生的處理液可進一步開發為胺基酸萃取物和鰻魚油,創造多元的商業價值。「食鹽水浸泡處理」取代較不環保的「強鹼處理」製作鰻骨鈣粉,可有效減少環境負擔。本研究製程簡便且低耗能、低耗水,可降低成本,顯著提升產業競爭力和環境效益。