全國中小學科展

臺灣

複合槲皮素奈米顆粒提升難溶性化合物之抗氧化能力

槲皮素(Quercetin)為天然黃酮類(多酚類),具有抗氧化、抗發炎、增强免疫力等功效。但因其水溶性很低,不易讓人體有效吸收,常需吃過量試劑,有浪費情形。本研究利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羥丙基-β-環糊精(HPBCD)與槲皮素進行複合,提供奈米製程化並增進其溶解度。在增加PVP K30比例下,複合試劑粒徑可從1200nm降至約30-40nm,形成奈米粒子。與原槲皮素抗氧力比較,複合試劑可提昇40-50倍以上。最後,複合試劑在發泡顆粒劑型可以在30秒內溶出90%以上的成份。以上實驗,說明本實驗能有效增加其溶解效能與奈米化,有效提升槲皮素從原先難溶、難吸收的情形,變為可讓人體快速吸收的粒形。

新型微生物燃料電池於能源/水再生之研發

本研究探討新型微生物燃料電池(MicrobialFuel Cell, MFC)在能源再生及水資源處理中的應用。隨著全球氣候變遷和污染問題加劇,開發低碳、可持續的綠色能源為當務之急。MFC利用微生物將廢水中的有機物轉化為電能,不僅達到低成本、低碳排放的優勢,還具有處理廢水、產生電力等功能。本研究使用不含 「全氟/多氟烷基物質 (per- and polyfluorinated alkyl substances,PFAS)」的煤灰陶瓷隔離膜,並將市售的石墨氈電極進行改質, 以探討電極表面積(3x3、4x4、5x5 cm²)及不同材料(石墨紙、石墨氈、改質石墨氈、碳布)對MFC性能的影響。結果顯示,在電極表面積為4x4 cm²表面積時產電效率以及去除污水的效率最佳,顯示較小的表面積差異對MFC影響效果不大;電極材質則以石墨紙表現最優,但經改質的石墨氈在發電效果及去除污水的效率上皆接近石墨紙。本研究可為MFC在污水處理和能源再生中的應用提供了重要的數據參考。

二氧化碳捕捉術-銅鋅雙金屬奈米觸媒對二氧化碳還原反應效能及機制之研究(Carbon Dioxide Capture Technology: Study on the Efficiency and Mechanism of CO2 Reduction Reaction Using Copper-Zinc Bimetallic Nanocatalysts talyst)

本研究以電化學二氧化碳還原反應(CO2RR)技術將二氧化碳還原成高經濟能源燃料,使用水相合成法製備Cu/Zn銅鋅雙金屬奈米觸媒,改變金屬間的比例: Cu2Zn1、Cu1Zn1、Cu1Zn2以及通入N2/O2/H2 熱處理改變觸媒氧化態,而改變氧化態可以在化學性質、催化活性、電子結構等方面有重要影響使其催化出不同反應路徑,改變產物生產效率和選擇性。用能量散射光譜儀、X光繞射儀鑑定奈米觸媒間金屬比例和晶型;線性掃描伏安法和氣相層析儀探討二氧化碳還原法拉第效應和生產效能。結果發現Cu2Zn1-N2能產生最多的CH4,因改變氧化態使其效能高達53.03%; Cu1Zn2產生最多的CO,效能為44.99%,推論為鋅的比例較高所致。

自組裝DNA探針於GNP@PANI電極以檢測miRNA

在許多疾病,如癌症、心血管等疾病中,微核醣核酸 ( microRNA,簡稱miRNA) 的表現水平可作為診斷指標。現行檢測miRNA多使用RT-qPCR,然而此技術成本高、操作繁瑣且耗時。本研究自行設計可抓取目標miR-155的DNA分子探針,透過化學合成與修飾將此探針接合在奈米金-聚苯胺( GNP@PANI )電極上,組裝出具靈敏度與特異性的DNA分子電極。實驗結果顯示:此自組裝探針電極具有良好的線性檢量關係,偵測極限可達0.1 nM。在摻雜多種miRNA的樣品中,此電極仍具有極佳的專一性,回收率高達101.5 %。應用於含生物基質的尿液樣本,可不受背景干擾,其檢測差異僅約0.4 %。本研究採用電化學技術來檢測miRNA,不但成本低、操作簡便,且可依據目標分子進行客製化設計,為新一代檢測技術開創前景。

探討C1GALT1與IL-1受體醣基化在關節炎中的角色並尋找可能的治療藥物

C1GALT1為氧型醣基化的關鍵基因,若以 IL-1β與 TGF-β刺激 ATDC5細胞株模擬關節炎,C1GALT1 的mRNA 與蛋白質表現量增加,而這樣的趨勢在誘導關節炎的小鼠軟骨組織中也可以觀察到。抑制 C1GALT1 的mRNA 後,促炎基因-一氧化氮合酶(iNOS)與第二型膠原蛋白基因(Collagen II)的 mRNA 表現量下降,代表 C1GALT1 參與了促進發炎的調控路徑。透過以大數據為基礎的 NetOGlyc-4.0平台分析,我們發現小鼠和人類的 IL-1β受體上都含有可能的氧型醣基化位點,C1GALT1 可能透過醣基化 IL-1 受體以增加 iNOS 的表現,進而促進發炎。抑制 C1GALT1的mRNA會使 IL-1R1的蛋白質表現量下降,而抑制 C1GALT1的mRNA或是蛋白質皆可使 IL-1R1在核周內膜系統中的表現量減少,代表 C1GALT1所促進的醣基化修飾是調控 IL-1R1形成的關鍵,抑制 C1GALT1可能具有減緩關節炎的療效。伊曲康挫(Itraconazole)可抑制 C1GALT1 且對人體傷害極小,透過老藥新用,或許能夠應用於治療關節炎。

來「椒」好朋友— 椒類抗氧化與驅蚊之系統性研究及應用

本研究主要探討五種椒類的抗氧化與驅蚊能力。先針對各椒類不同種類、不同部位與不同溫度,進行滴定瞭解其抗氧化力強弱。此外檢測各種椒類的驅蚊效果,然後進行自製椒類肥皂性質測量、使用者體驗調查與驅蚊力測試。 結果顯示:一、椒類抗氧化力表現普遍優於本實驗其它蔬果,其中以朝天椒表現最佳。具辣味的椒類,其抗氧化力又優於不具辣味的椒類。二、椒類皮肉部位抗氧化力最高,純種子部位抗氧化力則最低。三、溫度越高,椒類抗氧化力有線性下降的趨勢。四、雞心椒驅蚊效果最好,且有椒類越辣,效果越明顯的態勢。五、自製椒類肥皂中,以甜椒肥皂A最受歡迎。六、自製椒類肥皂經測試皆具驅蚊效果,結合椒類與肥皂可產生更好的驅蚊力。

探索校園中有助於植物抵抗逆境之菌株

本研究旨在校園植物上篩選出使植物對抗逆境具有潛力的菌株。首先,將校園植物葉圈與維管束內部分離出的細菌進行生理生化分析及篩選後,分離出三株對植物生長無不良影響之 Priestia megaterium菌株。實驗結果顯示,P.megaterium能共生於番茄苗中,將番茄幼苗處理P.megaterium菌株兩週後,能協助番茄植株抵抗土壤鹽化而存活,或是當土壤環境有油污污染時亦能使植物維持生長,因此具有幫助植物抵抗不良逆境之潛力。未來則希望能更進一步 探討P.megaterium與植物間如何相互作用而抵抗逆境。

豬蛔蟲成蟲體蛋白促使肺癌細胞凋亡之機轉初探

癌症長期對人類健康構成重大威脅,尤其癌細胞對傳統化療產生抗藥性,尋找新治療方法成當務之急。近年許多研究發現寄生蟲的分泌-排泄蛋白具抑制癌細胞生長的潛力。如犬蛔蟲的分泌-排泄抗原已被證實能抑制纖維肉瘤、肝癌及大腸癌細胞增生,但其作用機制仍未明確。 本研究利用與犬蛔蟲相近的人畜共通線蟲—豬蛔蟲成蟲體蛋白進行肺癌細胞共培實驗。結果顯示AsSP可顯著抑制肺癌細胞增生與惡性特性。透過快速蛋白質液相層析系統對AsSP粗蛋白做分離純化,並經由Q-TOF-MS技術分析其成分,成功篩選出10種具有抗癌潛力的豬蛔蟲胜肽。未來研究將利用E. coli BL21表達系統,進一步開發與驗證這些抗癌胜肽的功效與應用潛力。

攔截PM2.5-自創EcoPIV 技術應用於空汙阻隔研究

本研究以風洞實驗探討植被對空汙阻隔的效果與動力機制,並分析為何植被靠近建築物時,攔汙效果最佳?本研究創新提出經濟型粒子影像測速法(EcoPIV),透過強光雷射、折射理論及相關係數法,成功以低成本量測風洞中的流速場。結果顯示,當植被緊鄰建物時,由於建築物的阻擋,會使流體反覆在綠樹帶中穿梭,不僅阻礙後續汙染物進入,也使其滯留於植被中。本研究亦分析紅樹林對於空汙阻隔的優勢及限制,發現低矮紅樹林對於下沉型汙染物具極佳阻隔效果,但當汙染物超過負荷門檻時,EcoPIV 顯示,紅樹林邊緣會產生類邊界層,反而使得汙染物更有效率地傳遞至下游處。文末展現數值模擬結果,汙染物濃度與實驗相當一致。本研究成果可作為政府規劃行道樹配置之原則。

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。