全國中小學科展

臺灣

3-氨基苯硼酸修飾的奈米纖維素與二硫化物交聯製成的核酸奈米水膠在抗癌藥物載體的應用

為了改善癌症藥物載體的標靶性,3-氨基苯硼酸與二硫化物同時拿來修飾天然材料奈米纖維素和植物核酸。3-氨基苯硼酸可以和高度表現唾液酸的癌細胞結合,二硫化物可以被癌細胞內高度表現的穀胱甘肽切斷雙硫鍵而釋放藥物。利用油包水的乳化方式,將化療藥物包覆。這些雜合奈米膠粒徑界於 100 到 150 奈米之間,是帶負電的球狀構造。高濃度(2 毫克/毫升)的奈米膠對正常細胞的毒性很低。3-氨基苯硼酸修飾的組別可以誘發更多的癌細胞死亡,而且比二硫化物的標靶效果更好。具有 3-氨基苯硼酸修飾的組別可以促進更多的癌細胞吸收化療藥物,以及被細胞核染劑染上螢光。本研究提供標靶性藥物載體在癌症治療一個替代的方式。

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。

透過超音波敏感性聚合物膠束達成藥物投遞減少根管治療癒後復發的應用

藥物釋放技術被普遍使用在臨床醫學以及人體攝影,本研究將合成具有超音波敏感之兩親性聚合物,水溶液中自組裝形成聚合物膠束,內部裝載藥物,經輸送到特定部位以超音波刺激,進行藥物釋放。在特定部位釋放的特性使藥物可以在特定區域釋放。 本實驗是因應牙醫進行根管治療時,消炎藥物容易被血清分解,因此,我們希望設計出適當的高分子藥物載體。當藥物到達牙根管時,利用聚焦式超音波(HIFU)進行刺激投放,載體分解後,藥物順利到達患部,進行治療。 經文獻蒐集,我們選定 PEG-b-PTHPMA (polyethylene glycol block 2- tetrahydropyranylmethacrylate)以及 PEG-b-PIBMA(polyethyleneglycol-block- iso- butyl methacrylate)作為載體包覆藥物之高分子材料,利用其具有雙親性高分子的特性,在水溶液中自組裝成高分子膠束。經透析純化後,透過 DLS 與 SEM鑑定此高分子膠束之粒徑大小。同時也以 NMR氫譜與 GPC鑑定該高分子純度與分子量分布。

智慧定點式道路警示牌

在高速公路上,駕駛者若遇到車輛故障或事故,必須依照交通規定,在事故發生點後方100公尺處擺放三角警示牌,以提醒後方來車。然而,在高速公路環境中,車輛行駛速度較快,駕駛者下車擺放警示牌的過程中,極易發生二次事故。因此我們設計「智慧定點式道路警示牌」,本裝置安裝於公路路肩,透過網路遠程開啟。這樣一來就可以避免下車擺放警示牌的過程中發生意外。本次設計運用到Wi-Fi做為與雲端通訊之媒介,也達成了物聯網與雲端化。使用者可用網頁進行遠端開啟警示牌或在車內加入車禍自動回報系統,不僅如此,我們還可以用來檢視警示牌狀態。

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。

非對稱反摺溝槽陣列過熱表面之液滴自推性能及冷卻效率

工業中時常會運用噴霧冷卻,以液滴的潛熱變化冷卻高溫表面。因此為了提升高溫噴霧冷卻的效率,本研究基於過往文獻與(Hsu, 2023)共同研究微奈米結構表面ARG上液滴的碰撞運動,並由實驗推論高溫表面蒸氣層和氣泡推力的作用。接著由單一液滴碰撞實驗推導實驗和理論受力模型並進行比較。最後進行單一液滴冷卻實驗並推論連續液滴冷卻實驗結果。本研究發現ARG表面的各運動特性均優於文獻,且利用液滴的受力更全面地了解液滴運動和冷卻效率的關係,更在最後驗證其冷卻效率優於對照組,並發想探討連續液滴冷卻的實驗方法,以更貼合工業上實際的噴霧冷卻。經過此研究,ARG表面能夠實際應用於工業上高溫表面的噴霧冷卻。

第一電池-探討利用地衣共生真菌與藻類建構長效微生物電池之可行性

本研究旨在探討如何利用地衣共生藻類與共生真菌天然的互利性來建構長效的微生物電池,此實驗將培養出的地衣共生真菌與藻類利用海藻酸鈉(SA)進行固化,並進一步製成不須添加質子交換膜的晶球地衣電池,並觀察其發電量。經觀察,本研究之地衣電池電壓高峰為0.497 V,且目前已維持運作1038小時,電壓仍有0.3 V。由上述可知,利用海藻酸鈉固化之方式能製作出穩定且高效能的地衣電池;而地衣取自於自然環境,亦不需添加質子交換膜,故對成本低廉且環境友善成本低廉,符合永續發展目標(SDGs)中的目標七:確保所有的人都可取得負擔的起、可靠、永續及現代的能源。期許未來能夠發展為具備實用性且低成本的綠色能源。

沙波紋與新月丘—從地球到火星

本研究旨在探究風成沙紋的型態和其移動速度及新月形沙丘的演化過程。利用吹出式風洞建立穩定且單一風向的風場,並運用不同粒徑的石英沙,以研究不同情況下沙紋和沙丘的變化。研究發現,風成沙紋的波長變化不僅受到風速、粒徑等特性的影響,還可能受到波峰後渦流長度的影響。另外觀察沙紋移動速度的變化後,可以明顯的發現與風速有高度正相關,亦討論能量的變化,並試圖建立風速與移動速度的轉換模型。在新月形沙丘演化過程的模擬中,我們歸納出三個主要時期:延伸期、崩落期和消逝期。我們也針對這些結果進行質性分析,透過觀察與討論,進一步了解沙紋與沙丘之變化過程與形成條件。最後我們比較了火星橫向風成脊(TAR)的形狀、動力及分布差異,推論其可能成因,希望進一步探究行星地表形貌的形成和演化過程。

臺灣西南部古亭坑層泥岩之古水深變化

二仁溪剖面因受到小滾水逆斷層截切 ,而分為東、西剖面兩部分,東剖面的地層較老西剖面的地層較年輕,故推測該地區東剖面古水深較西剖面深。本研究利用微體化石有孔蟲比例(%P)進行研究,希望能夠探討臺灣西南部沉積盆地的演化,以及二仁溪剖面地區的古水深變化與粗顆粒含量的相關性。但由於本研究使用的樣本並沒有採樣於每一沉積岩層,故臺灣西南部沉積盆地的沉積物供應量與構造抬升的因素仍需進一步的研究。

培養間葉幹細胞以了解三微環境對形成脂肪過程基因表現的影響

本研究旨在比較人類間葉幹細胞 (human Mesenchymal Stem Cells, hMSCs) 在三維球形微孔和二維平面聚丙烯醯胺 (polyacrylamide, PA) 水凝膠上的生長和分化特性。我們製備了具有60μm直徑球形微孔陣列的PA水凝膠平面PA水凝膠,將hMSCs培養在這兩種不同的基質上,加入藥劑誘導向脂肪細胞分化七天。透過細胞計數、形態學觀察和成像分析,我們系統地比較了細胞在兩種環境下的形態變化、脂大小 和分化進程。再透過RNA-seq分析,我們找出了三維及二維環境培養的細胞的差異表達基因,並做出火山圖與熱圖。 本研究建立一種新型三維球形微孔的培養環境、,成地地 hMSCs提供更接近體內條件的微環境。進一步觀察hMSCs在三維環境中生長與分化,期許 組織工程和再生醫學領域提供新的見解和潛在的應用方向。