全國中小學科展

臺灣

複合葡萄糖氧化酶的金奈米團簇應用於葡萄糖檢測

本研究使用牛血清白蛋白(BSA)、穀胱甘肽(GSH)、金離子合成金奈米螢光團簇,並修飾上葡萄糖氧化酶(GOx)。此金奈米團簇上的葡萄糖氧化酶與葡萄糖反應,製造出過氧化氫,改變金奈米螢光團簇表面特性使螢光強度減弱,偵測葡萄糖濃度。 本研究探討不同條件金奈米團簇和不同濃度的葡萄糖反應,知道此材料可檢測到最低濃度的葡萄糖,且金奈米團簇在血液中對葡萄糖具有專一性,可穩定進行血糖檢測。另外,與不同濃度的人體血清樣本反應,發現血清濃度越高的螢光訊號下降明顯,因此可知修飾上葡萄糖氧化酶的穀胱甘肽輔助之牛血清白蛋白金奈米團簇(BSA/GSH-Au NCs)可用於人體血糖檢測。本研究開發出靈敏、快速、穩定的葡萄糖檢測材料,並期待未來能運用於實際的人體血糖檢測上。

自由液面於下落容器內之流體力學分析以及應用

水杯於失重狀態落下,逐漸形成水坑,並在撞擊地面時因巨大慣性加速度導致水坑崩塌,匯集後產生高速累積噴流。 在本研究中比較了不同杯子大小及材質、溶液性質及體積、落下高度,如何影響失重流體的行為,分析噴流的形狀、速率及高度。並找出造成速度放大的效應,討論能量轉換機制及轉換效率。 失重狀態下,水坑深度 d 隨落下時間 t 漸增,達上限後不再增加。表面張力及親水性接觸面使水面形成球狀水坑。接觸角越大則水坑深度上限 dmax 越大,最大水坑為半球形,水坑抬升速度則會受到表面張力及黏滯力之比值影 響。撞擊時巨大慣性加速度使水坑崩塌並匯集,累積效應放大原速度,產生高速累積噴流 Vjet2=Kv2,累積係數 K 與水坑深度 d 正相關。

A Study on the Dynamics of Coupled Oscillators within Magnetic Environments

此研究針對磁力耦合振盪器進行理論建構與實驗設計,在理論建構中,我們先以彈力作為外力並推導公式,與實驗數據擬合後發現擬合參數極具參考價值。將磁力引入系統並推導公式,發現其與實驗數值擬合效果也極好。融合上述公式與參數後推廣出能描述振盪器運動模式之運動方程式,以Python數值模擬發現,此方程式與數據十分吻合且能產生波包與頻率下降等真實情況,故推論該運動方程式是有一定價值的。在傅立葉分析中發現了簡正模之應用,且當磁鐵初始距離越短或磁力強度越大時,振盪頻率都會有所提升,而初始位移不會造成影響。而本研究的成果將可透過一已知磁性量值之磁鐵求出另一板簧上物質之磁性量值,進而應用到新型機械式磁性雙板簧的懸臂磁力計設計。

Eco-friendly fungal-based protein wood adhesives: A non-toxic and effective alternative application

在真菌釀造過程中除了釀出需要的酒精、醋、醬油,味增,釀造後都會產生廢料:酒糟或酒粕改良性質後測試有作為木質黏合劑的潛力。我們選出 6 種菌種,透過破碎、離心、鹼裂解、酸中和與離心濃縮做出蛋白質膠,小量黏合能力測試結果選最佳的紅麴蛋白質與米麴蛋白質。參照 ASTM 標準壓縮負荷與拉力負荷法。 1.壓縮負荷法結果顯示紅麴蛋白膠抗剪強度為 156.1kgf,米麴蛋白膠抗剪強度為 51.3kgf,為對照組 82.2%與 27.0%。 2.拉力負荷法結果顯示紅麴蛋白膠抗剪強度為 88.1kgf,米麴蛋白膠抗剪強度為 40.2kgf,為對照組 195.1%與 89.0%。 實驗結果顯示紅麴蛋白膠在壓縮負荷法強度接近對照組,拉力負荷法強度顯優於對照組,在作為木材黏合劑選擇上提供一種天然且無毒的選擇。

防曬仙丹–矮仙丹花青素的抗UV功能及影響

為研究花青素在不同因素影響下的抗 UV 能力,選用矮仙丹作為研究對象。以矮仙丹花瓣的花青素,研究不同濃度及 pH 值的環境下,花青素的抗 UV 能力,以及在照射 UV 後, 矮仙丹 SOD、POD 之濃度變化。由實驗得知,紅花的花青素含量大於粉花。對比了紅花及粉花的 UV-Vis 光譜圖後發現:在相同濃度下,紅花的吸光度大於粉花且兩者的最大吸收高峰皆位於約 510nm~520nm 處,由此推知矮仙丹的花瓣含有大量的花青素。而花青素在不同pH 值環境下,會因為結構改變而呈現不同的顏色。我們測試在不同 pH 值緩衝液的花青素是否具有不同的抗 UV 能力,發現鹼性高於酸性。植物在代謝過程中容易產生具有毒害作用的活性氧,由於活性氧會對細胞造成傷害,於是演化出抗氧化酶,如 SOD、POD 等,用以清除活性氧,降低對植物的傷害。

代謝物 2'O Methyluridine 對乳癌細胞株的影響及作用機制探討

在近期的臨床觀察中,我們發現腫瘤微環境有許多共存微生物,本研究透過生物資訊學發現微生物代謝物 2'O Methyluridine 可能有促進乳癌細胞生長的功效, 便設計實驗進一步解析兩者之間的作用機制。 本研究探討 2'O Methyluridine 對 MCF-7、T47-D 兩種常見乳癌細胞株的作用機制,發現 2'O Methyluridine 對 T47-D 的生長與細胞群落形成具有促進效果,而 MCF-7 的生長則是受到抑制,且 2'O Methyluridine 可能造成乳癌細胞中編碼粒線體 ATP 合酶亞基的基因之表現量降低。 本實驗的研究結果可提供乳癌治療的新方向,若微生物代謝物對於不同種類的癌症細胞株有不同的反應,我們可以針對患者的腫瘤細胞預先進行分析,並同時針對微生物與癌細胞進行治療,或許可達到更佳的療效果,減輕化療的副作用。

泛基因組分析破囊壺菌產油基因

破囊壺菌為海洋原生生物,因可產生DHA 而被廣泛使用於藻油生產。破囊壺菌可透過18srRNA 鑑種,不同菌株之產油量相差甚大。其產油途徑主要有 FAS 及 PUFAs 二條路徑, 含有 PUFAs 之菌種通常具有較高之產油率。前人依產油途徑將破囊壺菌分為三型 (I–III 型),然而各型基因組間之差異仍待研究。本研究透過生物資訊分析 8 個破囊壺菌基因組, 發現同型之破囊壺菌其產油相關基因 (PUFAs, Desaturase, Elongase 及 Citrate lyase)之存 在具有高度相關性,基因共線性分析也顯示其產油基因間具有高度同源性,然而同屬之破 囊壺菌不一定為同一型,顯示以 18s rRNA 鑑種可能不適用於破囊壺菌。此外,Citrate lyase 僅存在於第 II 及 III 型,顯示第 I 型破囊壺菌其 DHA 合成之碳源來自不同途徑。

Raising the Microscopic Guardians from the Ocean-Pioneering A Natural Solution for Vibrio Control in Mariculture Using Marine Bacterivorous Ciliates Euplotes sp.

水產養殖在應對傳統漁業過度捕撈和資源下降所帶來的挑戰中扮演著重要的角色。隨著水產養殖作為全球食品安全和經濟發展的關鍵組成部分不斷嶄露頭角,它面臨著與細菌感染相關的挑戰,以及對抗生素過度使用的日益關注,這既對環境又對健康構成風險。我們的研究深入探討了海洋食微生物對生態系統的重要性,特別關注了在水產養殖背景下的 Euplotes sp.。為此,研究致力於建立 Euplotes sp. 的標準化培養方法,並評估其作為水產養殖中對抗細菌感染的生物防治的潛力。進行的實驗探討了 Euplotes sp. 在水質凈化方面的有效性以及對海洋細菌生長的影響。研究結果為水產養殖和廣泛的水產品生產領域發展環保和可持續實踐提供了希望。

Down Syndrome Cell-adhesion Molecules 基因參與果蠅神經迴路發育的細胞機制

人腦中約有一千億顆的神經細胞 (王希文,2018),他們之間的突觸錯綜複雜,這些樹突與軸突皆連接到正確的位置,讓人不禁好奇這些突觸的連接機制。在經過文獻的查詢過後,才發現Dscam是控制大腦發育的蛋白質之一,Dscam使得細胞能夠進行細胞辨識,能夠使軸突及樹突在腦中進行特定的連結而不致於黏合。目前我們尚未知道,Dscam 會如何影響嗅覺區域中介神經細胞的生長及神經連結,本研究針對黃腹果蠅(Drosophilamelanogaster) 大腦中一小群被 GMR51C07-GAL4標定的嗅 覺區域中介神經元,觀察在正常情況、Dscam過度表現、Dscam表現量受抑制下,這群神經元的型態如何發生。

排排相扣—2341和3421 – avoiding 交替排列的組合關係探討

abcd–avoiding交替排列中的任⼀偶數項都要⼤於相鄰之奇數項,且其中任意四項皆不能有「abcd」的大小關係(「abcd」為 1 ~ 4 的⼀種排序),⽽偶數⾧度的 2341 和 3421–avoiding 交替排列皆為三維卡特蘭數的組合表徵。 本研究欲探討這兩種交替排列的組合關係以及可能的互相變換⽅法,我們發現兩種排列中「數字 1 在各項出現次數」有相同的分佈。我們推測可以透過移動數字 1 的位置在兩種排列中分別建⽴不同排列之間的對應的關係,並找到了兩種排列中部分的「數字 1 在第(2𝑘 − 1) 項」排列和全部的「數字 1 在第 (2𝑘 + 1) 項」排列互相變換的⽅法。利用這種排列關係,我們還證明了「數字 1 在第 (2𝑛 − 1) 項」的 2341 和 3421 – avoiding 交替排列具有一一對應的雙射變換法。