全國中小學科展

臺灣

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與Dabrafenib對未分化性甲狀腺癌(ATC)進程機制之探討

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與上皮細胞間黏附、信息傳導、增殖與分化等功能有密切關係,已被證實會在多種上皮癌細胞中大量表達,被視為一種可行的臨床標記。透過 細胞存活率、細胞群落、轉移與侵入試驗,觀察到EpCAM能增強未分化性甲狀腺癌(ATC)的細胞增殖、生長、轉移與侵入能力。 此外實驗發現dabrafenib小分子抗癌藥物處理的ATC,其細胞增殖、生長、轉移與侵入能力均有下降的趨勢,而細胞凋亡程度則有顯著的上升。此次研究藉由西方墨點法發現,磷酸化ERK蛋白的表現量隨dabrafenib濃度的上升而逐步下降,顯示dabrafenib能夠抑制ATC細胞訊息傳遞路徑中ERK蛋白的磷酸化,進而影響ATC的生長。若能深入了解EpCAM和dabrafenib在癌細胞中的作用機轉,EpCAM相關藥物與dabrafenib未來在臨床應用上,或許能為ATC患者提供另一種新的治療方式。

Japanese triangle之探討與推廣

本作品在探討2023年IMO問題5中所提到的關於日式三角形(Japanese triangle)之問題,日式三角形是將1+2+...+n個圓排成正三角形的形狀,使得對所有i=1,2,...,n,由上往下數的第i列有i個圓,且每一列都有一個圓塗成紅色。日式三角形中的忍者路徑是一串由最上列到最下列的n個圓,其中每個圓連到其下一列與之相鄰的兩圓之一。我們分成兩個研究方向:一、找出k的最大值,保證在每一個日式三角形中,有一條包含至少k個紅色圓的忍者路徑。二、找出k的最小值,保證在每一個日式三角形中,有一條包含至多k個紅色圓的忍者路徑。 研究中,我們一般化每列的紅圓數為任意自然數𝓵(若該列總圓數不足𝓵則以該列總圓數塗色),並將問題推廣至空間三角垛的情形。最後,我們將𝓵=l的情形推廣至高維空間。

衛星影像分析-集集攔河堰水體計算

本研究利用福爾摩沙衛星 5 號及 Sentinel-2 之衛星影像監測 2018-2023 年集集攔河堰集水區的變化量值,並利用 Semi-automaticClassificationPlugin(SCP)及 NormalizedDifferenceWater Index(NDWI)兩種指標運算方式,比較集集攔河堰的水體面積變化及兩種指標的差異與應用。結果顯示 NDWI 相較於 SCP 更接近水利署所提供的航照資料,因此 NDWI 在測量水體範圍上具較高可信度。 如果用(面積×水位高度)無法真實計算可利用的水資源,因為水面下的沉積物會隨時間增減或遷徙。因此我們利用地表輻射值與數值高程模型(DEM)模擬水下的沉積物堆疊情形。為證實地表輻射值與地形有關聯性,因此利用水利署光達剖面圖資與本研究計算結果比對,發現乾季時模擬結果與光達實測地形資料高度相似。 此外亦利用 NDWI、NDVI 與空拍圖的相互比對重新細分不同物質在 NDWI 的適當數值區間範圍,能有效將濕砂石與深水區分離,並應用於其他及水樣區。

探討星系交互作用對恆星形成速率與恆星質量關係的影響

星系的恆星形成速率與恆星質量關係一直是天文研究中的熱門主題。為何星系在相似的恆星總質量下有不同的恆星形成速率?這些差異的基本機制是什麼?為了回答這些問題,在這個研究中,我使用了 Sloan Digital Sky Survey(SDSS)的大量光譜數據以及 Hyper Suprime- Cam(HSC)Survey 所獲取的深度成像數據,來研究星系合併對恆星形成速率的影響。首先, 我使用 HSC 圖像來尋找正在合併過程中的星系子集,之後使用了機器學習演算法幫助辨別所有在 SDSS 數據集中有 HSC 觀測的合併星系。然後,我分析合併的不同階段對恆星形成速率與恆星質量關係的影響,並將其與獨立星系的關係分別進行比較。最終,結果顯示,平均而言,合併星系的星形成速率約是恆星質量相似的獨立星系的 2 倍,這證明星系合併是影響星系恆星形成速率與恆星質量關係的關鍵機制之一。

光程差與焦散影響下的雷射圖紋

本研究主要是研究雷射光通過瓶底的圖紋,出現多樣性的焦散曲線圖形。瓶底的圖紋有數字、花紋、環保標章等,焦散圖則是由亮暗相間一環一環的曲線組成的繞射圖。 研究分析焦散圖的共通性,有焦點、折皺、尖嘴、三曲、橢圓、雙曲、類牛頓環、海波、沙灘共九類基本單元圖,以數學函數方程式表示並探究圖形與玻璃的紋路結構的關係。 探討最外環的寬度的變化得知: 1.每個焦散圖最外環的亮帶最寬,然後依次寬度漸小。 2.圖紋到螢幕的距離、入射光波長與寬度呈線性增加。 3.入射角度、瓶底圖紋的曲率與寬度呈線性減小。 改變折射率,結果焦散圖形狀樣貌不變,縮小後仍然呈現立體狀。而且在水中最外環寬度與距離成正比,入射角度線性減小,波長線性增加趨勢。 未來希望能繼續探討複雜的焦散及 3D 立體的實像圖,應用於光學藝術的創作及室內設計上。

千錘百鍊—阿拉伯芥熱鍛鍊次數之研究

全球暖化對生物構成重大威脅,生物熱適應成為關鍵課題。本研究探討阿拉伯芥的制約學習及不同熱鍛鍊方式對短期後天耐熱性(SAT)與長期後天耐熱性(LAT)的影響。結果發現阿拉伯芥在經過200Hz聲音與熱鍛鍊聯結的訓練後,未顯示制約學習;多次間歇熱鍛鍊對SAT有顯著的累加效果,而LAT的提升則是持續熱鍛鍊較有效;藉由數學建模分析,增加熱鍛鍊次數、持續時數,SAT、LAT的耐熱能力會遞增但增益效應卻遞減,可依據建模因應不同需求來調整熱適應策略;分子機制上,SAT的增益效應可能與sHSP17.6有關,LAT則與HSP101及 HSA32有關,顯示不同熱鍛鍊方式可透過不同機制來調控耐熱蛋白的表現與衰減。這些成果深化我們對植物熱適應的理解,還為應對不同熱逆境提供具體精準的策略。

模擬黑洞潮汐破壞事件之演化和分析其逃逸比例與吸積率之探討

在超大質量黑洞周圍,偶爾能觀測到潮汐破壞事件的發生,而這也是一個能夠探測黑洞的手段。潮汐破壞事件是一種特殊的現象,當一個天體進入到所謂的「洛希極限」半徑範圍內時,因為受到的潮汐力超越了自身的重力而遭到撕裂。當這個事件發生時,會因為黑洞在吸積的過程中產生明顯的亮度變化,因此可以透過一系列的亮度變化觀測潮汐破壞事件,並可以推算黑洞的各項參數,因此潮汐破壞事件在天文學的發展上有其重要性。 因此,我們想要嘗試模擬潮汐破壞事件的演化過程。我們學習Linux語言以及如何使用Mcluster和PeTar等模擬軟體,並透過Python分析模擬結果,然後與理論預測值進行比較,以了解我們有那些地方需要修正。

神秘的數字圓舞曲 - 探討質數環排列的存在性

如果正整數1~n存在環狀排列,使得相鄰的數字和皆為質數,則將其定義為質數環。 本研究主要使用不同方法探討質數環的存在性。在本研究與文獻中,都沒有寫出質數環通式的方法,因此我藉由孿生質數、類孿生質數、一般質數(相差不固定的質數組)等方法,構造特定值的質數環,並使用程式驗證各定理在有限範圍能構造出質數環的整數個數、比例。 本研究的貢獻之一在於發展出類孿生質數構造質數環的方法,我突破質數對相差變大會比較難找出數字關係的框架,延伸孿生質數的方法至類孿生質數,還結合一對孿生質數與一對相差四的質數以構造質數環。 更進一步地,本研究提出使用不限定差的質數組構造質數環的方法,擺脫孿生質數猜想,使這個問題的解決方法更一般化。

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。

日本南海海槽長微震特性比較及其與環境參數之關聯

本研究利用Slow Earthquake Database長微震資料探討日本南海海槽長微震事件發生的特性、嘗試找出造成此區長微震發生的原因。我們將日本西南部的四國島、紀伊半島、愛知縣依空間細分為八個小區,分區將長微震的資料繪製成圖表,並利用快速傅立葉轉換Fast Fourier Transform進行頻譜分析,尋找該區長微震的活躍程度及復發週期,復發週期為一季至一年不等。另外,我們也將環境參數與長微震的月平均發震時長做比較,發現兩地皆與風速呈負相關、和累積雨量推遲1~2個月後兩者間成正相關、和地下水位高度呈負相關。潮汐與長微震的相關性上,潮位高度的影響較漲退潮狀態顯著, 但兩者均對長微震的發生有著正相關。