全國中小學科展

臺灣

探索腫瘤新抗原及發展多功能幹細胞疫苗對抗大腸直腸癌

大腸直腸癌(Colorectal)是發生率高且較易導致死亡的癌症類型,因此本研究透過篩選誘導性多功能幹細胞(iPSC)中表現的新生抗原來進行對Colorectal cancer免疫作用,以利找出最適合作為「大腸直腸癌疫苗」的抗原/佐劑組合。本研究先使用DTU Health Tech 的NetMHCcons大數據分析與西方墨點法來篩選出小鼠iPSC中的新生抗原TTW4為最有可能作為大腸直腸癌疫苗的候選抗原後接續以下實驗。首先藉由流式細胞儀觀測樹突細胞(DC)活化的實驗,結果推測出TTW4可以幫助毒殺性T細胞(CD8+T)活化。然後使用TLR受體家族不同的疫苗佐劑搭配TTW4來進行細胞螢光影像法,發現TTW4確實可以活化CD8+T,且對於小鼠的Colorectal cancer cell也有顯著的抗癌效果。所以實驗結果證明TTW4/Poly(I:C)的確可做為大腸直腸癌疫苗的最佳組合候選。

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。

數位物理實驗室:毫米波雷達系統之設計與應用

本研究旨在設計基於毫米波雷達的數位物理實驗系統,用於精確量化彈簧簡諧運動。傳統物理實驗易受肉眼觀察與手動測量的誤差影響,本系統利用24GHz毫米波雷達結合自製電路板,進行即時、無接觸的運動測量。透過設計電路板、撰寫韌體訊號轉換程式,並進行數位數據分析,成功開發了靈敏的毫米波雷達系統。我們利用彈簧簡諧運動實驗驗證了該系統,觀察不同質量砝碼對彈簧運動頻率的影響。實驗結果顯示,考慮彈簧質量後,測量數據與理論結果的均方根誤差從0.62Hz降低至0.35Hz,顯示出系統的高度精確性及穩定性。本研究成功解決了傳統實驗中的量測誤差問題,以毫米波雷達技術實現了精確觀測。開源設計有助於推廣至學校的物理實驗室,為學生提供先進的實驗工具與數據分析經驗。這展示了毫米波雷達在物理實驗中的應用潛力,並為未來教學實驗提供了高效、低成本的解決方案。

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。

利用體外測試方法探討生醫水凝膠與材料表面附著性質之關聯 Investigation of the relationship between biomedical hydrogels and surface adhesion properties using in vitro testing methods

醫療級水凝膠在注入人體後容易因運動行為而產生位移,因此需要體外測試方法來評估水凝膠的附著性,以製備適合不同部位使用的水凝膠。本研究設計兩種測試方法來模擬水凝膠在人體的斜角流動狀態和旋轉流動狀態的位移,藉此推斷水凝膠施打入體內後的變化。本研究採用兩種不同黏性的水凝膠和不同粗糙度表面如人工皮、陶瓷和金屬來模擬人體部位的接觸面,探討水凝膠的附著性質。斜角流動測試下,黏性高的水凝膠在陶瓷和金屬 30°、45°及90°的斜角下幾乎不會流動,黏性低的水凝膠則會隨著角度的增加而流速加快。陶瓷粗糙度最高,水凝膠在其表面上附著性質較強。旋轉流動測試下,高黏性的水凝膠在模擬跑步時都具穩定性,而低黏性則只適用於較穩定的步行狀況。體外測試方法能區分不同黏性水凝膠的附著性質,說明此方法可作為篩選適用的水凝膠的依據。

潮間帶微生物動態:探索隨機中性與環境因子對細菌與古菌群落演替之影響

本研究探討了潮間帶環境中細菌與古菌的群落結構及其生態功能,並評估了隨機過程與環境因子對群落演替的影響。我們於金門南門海域的潮間帶進行了五次採樣,我們使用次世代定序(Next Generation Sequencing)進行16S rRNA 基因的定序技術分析了該區域微生物的豐度變化及其功能特性。結果顯示,細菌群落以變形菌門為優勢群,而古菌群落則以亞硝侏儒菌科為主。隨機中性模型的結果顯示古菌的豐度顯著受到隨機擴散的影響,而細菌群落則主要由鹽度、溫度和溶解氧等環境因子所驅動。經由Picrust2 代謝路徑預測的結果顯示,古菌與細菌共享多種基本代謝途徑,顯示出它們在生態上的互補性;同時,各自特有的代謝途徑則體現了它們對環境壓力的不同適應方式。本研究為潮間帶微生物群落的動態變化及生態功能提供了新的發現。

歐氏空間中固定圖形在整數格點的最大覆蓋

本作品針對固定格點中的最大覆蓋進行研究,探討三角形與平行六面體的最大覆蓋面積與體積,以及此時的作圖圖形。對於三角形,我們的研究對象為平面 9𝑛2 格點,我們觀察出每三圈格點為一個作圖單位,並藉由定義點集合範圍來證明最大面積三角形。為了證明所提出的猜想,我們以三個正方形與四個三角形之間的轉換關係為方向進行研究,並求出相同旋轉點三角形的大小關係,將坐標分門別類後加以探討。至於平行六面體的部分,我們則研究立體 8𝑛3 格點,在提出最大體積總和之猜想後,以底面積與高兩方面來推算出最大體積,最後將平行六面體依據平面法向量分成數類以證明猜想。

應用機器學習與遙感指數於紅樹林植物分類與碳匯分析

本研究應用遙感技術和機器學習方法,提出了三個創新應用,目的在提升紅樹林生態系統的分類監測和藍碳儲量評估。 首先,建立機器學習模型(隨機森林演算法),對紅樹林植物進行自動分類,分類準確率達94.74%。此模型能夠應用於特定區域的長期監測,捕捉紅樹林覆蓋範圍和植物變化的動態趨勢。並且開發了RGBN(Red-Green-Blue-NIR Mangrove Index)遙感指數,此指數主要結合可見光波段和近紅外波段,能有效提升了紅樹林植被健康狀況評估的準確度,並具有廣泛的區域適用性,不限於特定研究區域,適用於全球範圍的紅樹林監測。最後,本研究成功整合並編寫了InVEST模型的程式碼,本模型進一步應用於紅樹林藍碳價值評估,未來將透過收集詳細的土地利用、碳匯數據及生物物理參數,量化紅樹林的藍碳價值,為碳交易與藍碳管理提供科學依據。

潮間帶微生物動態:探索隨機中性與環境因子對細菌與古菌群落演替之影響

本研究探討了潮間帶環境中細菌與古菌的群落結構及其生態功能,並評估了隨機過程與環境因子對群落演替的影響。我們於金門南門海域的潮間帶進行了五次採樣,我們使用次世代定序(Next Generation Sequencing)進行16S rRNA 基因的定序技術分析了該區域微生物的豐度變化及其功能特性。結果顯示,細菌群落以變形菌門為優勢群,而古菌群落則以亞硝侏儒菌科為主。隨機中性模型的結果顯示古菌的豐度顯著受到隨機擴散的影響,而細菌群落則主要由鹽度、溫度和溶解氧等環境因子所驅動。經由Picrust2 代謝路徑預測的結果顯示,古菌與細菌共享多種基本代謝途徑,顯示出它們在生態上的互補性;同時,各自特有的代謝途徑則體現了它們對環境壓力的不同適應方式。本研究為潮間帶微生物群落的動態變化及生態功能提供了新的發現。

惡意程式無所遁形—以自然語言處理模型實現惡意程式之識別

本研究旨在運用自然語言處理技術,建立辨識惡意程式的模型。首先在資料集方面,分為 PE資料集與 ELF資料集,均包含良性及惡意執行檔,且蒐集惡意程式時採用多種不同之惡意程式家族。接著對資料集進行反組譯及前處理。使用反組譯後的組合語言檔作為文本,訓練模型以區分良性和惡意程式。研究比較詞袋模型、序列模型、BERT 以及不同 n-gram對模型的影響。 研究結果顯示。詞袋模型以使用multi-hot編碼表現最佳,PE資料集之F1-score為96.87%;序列模型則是有位置編碼的 Transformerencoder 表現最優。在不同 n-gram 的比較,multi-hot詞袋模型與 TF-IDF 詞袋模型,分別在 2-gram 及 5-gram 有最高的 F1-score。