全國中小學科展

臺灣

「銅」「鋅」協力—指向型電鍍的研究

本研究旨在開發一種指向型電鍍技術,通過自製電鍍實驗裝置,並使用OpenCV和Python製作自動監控裝置進行電鍍時的影像處理,分析鍍層的顏色變化,從而準確測量鋅鍍層的厚度與擴散程度,提升電鍍精確度並減少資源浪費。研究中探索了不同電壓、濃度、電極來回移動頻率與鋅離子擴散抑制劑對鍍鋅時鋅擴散程度的影響。結果顯示,較低的電壓、濃度、電極移動頻率與加入擴散抑制劑能有效控制鍍層擴散,實現更集中的電鍍效果。

蝦殼與樹葡萄萃取物複合薄膜之特性探討

本研究的目的為使用回收處理後的農業廢棄物製成薄膜,並且以取代含塑化劑、需非常大量時間才能被環境分解的塑膠保鮮膜為目標。本實驗以蝦殼中的幾丁聚醣為原料,並在其摻入不同重量百分濃度的樹葡萄皮萃取液,製備薄膜後進一步對樣品進行特性的檢測。 我們採用ISO 22196方法測試薄膜的抗菌活性;DPPH自由基清除活性測試薄膜抗氧化能力,以及將其放入土壤進行降解能力的測試。實驗結果發現含20%萃取液之薄膜在各項特性測試中表現皆最佳,除卻顏色較深可能無法達到美觀需求外,其能達到的保鮮效果具有最大的潛力。

以3D模型沉降實驗探討有孔蟲Globigerinoidesella fistulosa的消失

有孔蟲Globigerinoidesella fistulosa的滅絕時機(1.7 million years ago, Ma)恰與東西赤道太平洋水溫由似聖嬰現象狀態轉變為似反聖嬰現象狀態的時機相近,前人推論可能是有孔蟲為了維持雷諾數,將自身殼體生長階段倒退為較小的型態,進而提出假設「當垂直水溫梯度變緩,黏滯度變小,Trilobatus sacculifer complex 為了維持雷諾數,殼體半徑、沉降速率和殼體與水的密度差必須相對變小」。本研究利用3D列印的G. fistulosa、T. sacculifer有孔蟲殼體模型進行沉降實驗驗證此假設,同時探討浮游性有孔蟲的殼體型態對其沉降模式的影響,由多個角度分析浮游性有孔蟲改變外型的現象。

懸掛液滴的光學成像性質與其組合應用探討

眾所周知,水滴是生活周遭容易取得且可以放大物的透鏡,藉由作品中的實驗裝置能夠方便的觀察液滴中的成像,且能夠隨意地改變取率半徑和折射率,並搭配手機方便觀察與紀錄結果。若欲知液滴中成像的放大率,可利用測得的曲率半徑帶入「造鏡者公式」得知水滴的焦距,得知焦距後,便可將其帶入「薄透鏡公式」即可得知放大率 (距離水滴的長度不同,有不同的放大率),再利用實驗驗證算出的焦距和放大率是否符合實際的焦距。之後改變液滴的曲率半徑和種類並比較其對放大率的影響 (本研究討論曲率半徑0.1公分和0.15公分的差距、水和食鹽水的折射率差距)。此外,更加以研究「球透鏡公式」與「薄透鏡公式」所算出的數據之差距與實驗觀察結果比較,並應用於複合透鏡中。

吲哚類化合物抑制神經膠質母細胞瘤及癌幹細胞之潛力

癌症幹細胞被認為是癌症會復發的主因,本研究著眼於探討新合成吲哚類化合物對癌細胞及癌幹細胞的效應與可能的作用機制。透過體外細胞實驗,我們使用不同神經膠質母細胞瘤細胞株,評估化合物對細胞增殖、存活和凋亡的作用。接著以類癌幹細胞球篩檢評估化合物對癌症幹細胞的影響。研究結果顯示,該化合物對神經膠質母細胞瘤及其癌幹細胞皆有一定程度的抑制效果。 同時,透過分子生物學技術,研究化合物的分子作用機制,結果顯示化合物能對細胞生長和凋亡的路徑產生影響。研究結果有望提供對候選抗癌藥物在細胞水平的效能、選擇性以及對癌幹細胞的特異性反應的深入理解。 期望本研究成果可為癌症治療藥物的開發提供重要參考,並促使對癌症治療新方法的探索。這將有助於確定更具潛力的藥物候選者,為癌症治療領域帶來更具前瞻性的解決方案。

利用FBP (Filtered Back Projection)進行三維錫球重建並分析探討不同濾波器造成的影響

在今日,電路板被廣泛運用各大領域,而電路板上錫球在焊接的過程中有可能會產生瑕疵,因此我們需要找到一個方式來檢驗電路板上錫球是否有瑕疵。有很多方式可以進行,例如: ART (Algebraic Reconstruction Technique)、SART (Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique)和 FBP(Filtered Back Projection),ART、SART 為疊代型的方法,疊代型比較準確但花費較多時間,與之相比,FBP 利用反投影法,能節省許多時間。本實驗嘗試利用 FBP 得到電路板上錫球的269張切片圖,利用 ImageJ 將所有圖片疊起來以得到3D 圖並探討錫球是否有缺陷,之後採用不同的種類濾波(filter)進行測試並利用 ImageJ 分析比較各 filter 的特色,高通濾波器如 Ramp filter 主要強化圖像邊緣,低通濾波器如 Hann filter 主要強化圖像中低頻的部分,使影像對比度變高,分析比較後嘗試自己建立 filter,此 filter 結合了 high pass filter 與low pass filter 的優點,影像的對比度變高的同時,錫球的輪廓也更明顯。

利用碳酸鉀作為觸媒對於甲醇解聚聚碳酸酯效能之探討

聚碳酸酯(PC)是一種具有多種用途的材料,廣泛應用在包裝、航空、製作容器等方面,但難以利用常見的方法如燃燒、掩埋等方式回收。 根據本研究結果,利用K2CO3作為異相觸媒,在60℃的溫度下,反應1小時後,成功地轉化出聚碳酸酯(PC)的單體雙酚A(BPA),PC的轉化率可達100%,BPA的產率可達 99.57%。提供了業界一個相較於其它傳統PC解聚法,得以在較低的溫度、較短的反應時間下,利用簡易裝置,即可使甲醇分解聚碳酸酯(PC)的效率高達100%之方法,且相較於傳統同相觸媒解聚法,異相觸媒K2CO3在反應後可以相當輕易的與產物分離並重複利用,因此本研究提供了一種高效率且對環境更友善且更符合綠色化學的聚碳酸酯(PC)回收方法。

智慧蚊監-3D 列印與機器學習

氣候變遷加劇了蚊媒疾病對全球公共衛生的威脅,迫切需要創新的解決方案。在台灣,登革熱的傳播主要由蚊蟲滋生所致。為了解決此問題,我們設計了一款三層結構的3D 列印誘蚊器,包括吸引懷孕雌蚊產卵的誘餌層、捕捉蚊蟲的黏膠層,以及防止異物進入的保護層。該裝置成本低、易製作且不需要外部電力,特別適合在資源有限的地區部署。 我們結合校園監測站每日捕捉的蚊蟲數據與氣象站提供的溫度、濕度和降雨等環境數據,運用SARIMA 與隨機森林混合模型進行分析與預測。SARIMA模型負責捕捉蚊蟲數量的季節性與長期趨勢,而隨機森林模型則處理環境變數與蚊蟲密度之間的非線性關係。此混合模型不僅提高了預測精度,還能解析蚊蟲的生態模式,進一步指導誘蚊器的最佳配置。此外,我們還開發了紅外線感測系統,即時偵測蚊蟲活動,為監測提供精準數據。 為評估氣候變遷的影響,我們模擬了不同全球暖化情境下的蚊蟲密度變化趨勢。結果顯示,隨著溫度上升,蚊蟲密度呈現非線性收斂趨勢,但正相關性依然存在,強調了氣候變遷可能帶來的潛在危害。我們還開發了一個網站,用於即時呈現蚊蟲密度預測,幫助政策制定者和公共衛生機構有效應對疾病防控挑戰。 本研究與聯合國永續發展目標(SDGs)中的SDG3(良好健康與福祉)及SDG13(氣候行動)高度契合,展示了結合3D列印、機器學習、即時感測和網路技術應對蚊媒疾病的創新潛力。此系統提供了一個可持續的全球蚊蟲控制模型,為公共衛生、疾病預防及流行病學的未來創新奠定了堅實基礎。

利用合成生物學重建酵母菌性別轉換系統

本研究旨在解決摩爾定律和庫梅定律的困境,利用合成生物学將酵母菌配型變換的特性改變為一種運算機制。首先,以HO內切酶切割不同配型的酵母菌(MATa和MATα)染色體使其進行配型變換,並用顯微鏡檢視是否達成交配和計算效率。其次,利用同源重組將製造必需胺基酸(TRP1和HIS3)的基因替換配型變換中會置換的配型基因(a和α),將酵母菌配型變換改造為二進位生物運算單元。本實驗設計了引子用於PCR確認酵母菌第三條染色體中是否準確插入TRP1/ HIS3序列。目前成功以HIS3基因轉殖重建酵母菌的配型。這項研究為隨後涉及不同配型變換以及利用CRISPR系統進行計算應用的更廣泛研究提供了基礎。

Temperature Vulnerability of PAMP Elicited Plant Immunity Depends on a Heat-Sensitive Enzyme to Activate a Cytokine

病原體已被證實為農作物損失的主要原因,⽽背後可能與幫助農作物防⽌病原體感染的植物免疫反應訊號不⾜有相關連。根據近期研究,全球暖化所造成的溫度上升抑制植物對抗病原體的能⼒,使病原體感染農作物的問題愈發嚴重,⽽其背後的主要原因為⾼溫透過阻礙 Pathogenesis-related protein 1 (PR1) 蛋⽩的⽣成抑制植物活化廣效的免疫反應。PR1 是重要細胞激素的前驅蛋⽩,透過⽣成AtCAPE9 引起免疫反應,⽽負責⽔解 PR1 的蛋⽩酶則被發現會因⾼溫損傷。在本研究中,我們假設並證明環境升溫造成的植物免疫能⼒下降是因為蛋⽩酶活性被破壞導致 AtCAPE9 ⽣成量減少所造成。本研究由設計熱逆境處理阿拉伯芥離葉組織的初步實驗開始,藉以揭⽰ AtCAPE9 可能是使植物在熱損害後恢復氣孔免疫的關鍵因素。此項研究可應⽤於研發轉基因或⾮轉基因的⽅法幫助植物應對病原體,以預防全球暖化所導致的作物損失。