全國中小學科展

臺灣

使用青梅果核廢料環保合成碳量子點探討對抗老年人牙周菌機制

本研究以生質廢料青梅果核為前驅物,經由環保合成與新型修飾方法製備碳量子點,並探討其抗菌潛力。考慮到安全性,本研究選擇食用酸為修飾材料,發現當青梅果核和蘋果酸1:1混合煅燒時,最能有效提升碳量子點產率、螢光強度與抗菌能力。但蘋果酸無法單獨經本實驗方法合成碳量子點,推測青梅果核為主要碳源,蘋果酸則提供表面官能基修飾。在抗菌實驗中,碳量子點對牙周病菌(牙齦卟啉單胞菌、具核酸桿菌)及常見病菌(大腸桿菌、綠膿桿菌)皆有良好抑制效果。經由電子顯微鏡及電子順磁共振儀驗證,本研究合成的碳量子點大小介於1~10奈米且能夠產生自由基,具備低風險抗菌潛力。

鳩佔鵲巢

「鳩佔鵲巢」的題目中將喜鵲餵食的規則寫了出來,我們列出不同的狀態後確實找到所有答案,接著我們進一步將「鳩佔鵲巢」題目進行擴充,使題目中五隻喜鵲擴充到所有正整數,我們發現餵食的順序可以同餘來計算,進而研究找出其所有的答案,之後又加以研究總共吃到的喜鵲數量。

「餘」霞成綺----利用組合數探討 Stirling Number of the Second Kind Triangle Fractal 與質數同餘性質

本研究旨在利用組合數來分析第二類斯特靈數在模質數下的性質。研究分為五階段:第一階段我們參考O-Yeat Chan等人的論文,並改良了其證明過程,得到一個同餘組合數。第二階段利用第一階段的奇偶性定理發現(3n n)與𝑆(2𝑛,𝑛)同餘mod2並改良論文證明,使得證明更易推廣。第三階段我們更推廣到更一般的結論:滿足𝑆(𝑝𝑛, 𝑛)≡(p'n n)(𝑚𝑜𝑑2)時,p與p'是線性關係。第四階段與第五階段繪製熱圖時,我們發現圖中存在謝爾賓斯基三角形,對此進行了研究,並成功證明斯特靈數三角形在模2與模3下具有碎形結構與謝爾賓斯基三角形,這是文獻中都沒有探討過的。

莖聲尖叫–探討被子植物在受到傷害時的超聲波差異

本研究在了解不同植物受傷時是否會發出超聲波,及超聲波頻率是否會有差異,我們將被子植物莖切斷後,使用自製超聲波感測器接收植物在受到傷害後發出的超聲波數據進行分析。實驗結果發現,植物在受到切斷這類的物理傷害時,會間斷地發出60分貝以上的超聲波。單雙子葉植物不同的維管束排列,並不影響植物發聲的狀況,而是跟植物種類的個體構造差異有關,維管束的數量越多,發出超聲波的次數也越多;維管束面積比例越高、發出的超聲波頻率也越高。最後我們推論植物超聲波的產生,主要是維管束切斷時導致水分運輸速度不同而產生的水錘效應,及木質部斷面水分蒸發產生的空氣柱有關。這樣的超聲波可能對周圍的植物產生警示並進而調節生理機制。

「鳳」中奇緣–探討鳳梨牛奶的反應情形及其應用

鳳梨牛奶會產生結塊的主因來自鳳梨酵素會和牛奶中的蛋白質反應。研究發現鳳梨果肉所含蛋白質比果心多、抗氧化力亦高於果心,pH值則與果心無明顯差異。另測得酪蛋白還原碘能力最佳,清除DPPH自由基及還原力則分別是乳清蛋白及牛奶最佳。將相同pH值的鳳梨汁、鹽酸及醋酸加牛奶鳳梨汁能產生顯著沉澱,而酸和鳳梨酵素與牛奶反應的產物不同,會進而影響澄清液的pH值變化。此外,鳳梨酵素在果心部位活性較高,經60℃處理果肉汁及80℃處理果心汁與自行萃取的果肉酵素對蛋白質反應性較高。由於鳳梨水解酪蛋白較醋酸水解酪蛋白的抗氧化力佳,且反應愈久、還原碘的能力愈好,我們嘗試將鳳梨水解酪蛋白加入海藻酸鈉形成薄膜,但抗氧化力會隨時間漸減 。

寄居姬蛛對宿主選擇專一性之探討

本研究針對實驗樣區內常見的2種寄居姬蛛進行野外調查,發現寄居姬蛛有特定的宿主偏好性,原因主要跟宿主網的更新頻率、宿主網上資源豐富度及宿主對入侵物的反應激烈程度有明顯相關性,且赤腹寄居姬蛛主要寄生在人面蜘蛛及橫帶人面蜘蛛的垂直圓網,裂額寄居姬蛛主要寄生在方格網蜘蛛及泉字雲斑蛛的立體網上,研究發現關於寄居姬蛛對宿主網的選擇與氣味無關,主要是與宿主蜘蛛絲的黏性有關,根據比較赤腹寄居姬蛛與裂額寄居姬蛛腳尖對黏性物質的抗性實驗發現,赤腹寄居姬蛛腳尖較能對抗黏性物質,所以赤腹寄居姬蛛能寄生在橫絲具有黏性的垂直圓網上,如人面蜘蛛的網,但裂額寄居姬蛛則偏好活動於絲不具黏性的宿主網,如泉字雲斑蛛的立體網。

酥蔬跟你說-鹹酥雞攤常見蔬菜之抗氧化力探討

本實驗利用間接碘滴定法,以硫代硫酸鈉滴定浸泡過食材的碘液,計算杏鮑菇、玉米筍、青椒、青花菜、九層塔五種鹹酥雞攤常見蔬菜對碘的分解率,以進行抗氧化能力優劣分辨。本實驗分為四組,分別是未油炸且未浸泡鹽酸、有油炸但未浸泡鹽酸、未油炸但有浸泡鹽酸、有油炸且有浸泡鹽酸,油炸和浸泡鹽酸的目的是為了模擬在鹹酥雞攤吃到的食物及食物進入胃中接觸到胃酸的情況。本實驗最後所得上述五項食材中抗氧化能力效果最好的為九層塔。

懸臂樑的聲學震盪與力學震盪—鐵尺的探究與實作

去年我們在全國物理探究實作競賽被淘汰,主題是鐵尺的磁機械振盪器,賽後我們決定試著把它研究清楚。最初我們以為鐵尺的振盪行為類似繩上的駐波,但後來發現,鐵尺其實表現出懸臂樑的運動特徵。懸臂樑在建築學、結構和材料力學中很重要,在尖端科學的 AFM、STM、MEMS中也有應用。我們一開始使用 Tracker、Phyphox App、以及超音波感測器進行實驗,最終我們使用手機APP偵測鐵尺的聲學振盪,以及線圈產生感應電流,透過示波器偵測鐵尺運動的力學振盪,這兩種是我們創新的量測方式。鐵尺振動須用懸臂樑的力學解釋,理論包含 sin與sinh 函數。我們在聲學、力學振盪的實驗結果是互相驗證的,並與懸臂樑理論預期的頻譜一致,驗證了鐵尺的振盪為懸臂樑的運動形式。

以奈米銀蝕刻法鑑別蜂蜜之真偽

為研究以奈米銀蝕刻法鑑別蜂蜜之真偽之可行性,我們先藉由實驗與調查文獻發現蛋白質為蜂蜜中可以防止奈米銀在加入後發生蝕刻的關鍵物質,並探究蛋白質在不同種類、變性前後、不同蝕刻時間與不同濃度的條件下防止奈米銀蝕刻之效果差異。 接著,我們以不同蜂蜜配製不同蛋白質濃度的溶液進行奈米銀蝕刻實驗,並與純蛋白質溶液的實驗結果進行比較,發現兩者吸光光譜之波峰位移趨勢大致吻合,證明此法可作為判定蜂蜜真偽之標準。 最後,我們利用奈米銀溶液在不同蝕刻程度下呈不同顏色的特質,透過手機軟體分析不同顏色之 RGB 值,歸納出以手機即可簡易辨別蜂蜜真偽之法。

〝鍬〞援小英雄-仿生機器人在救援現場應用的研究

本研究使用仿生機器人來觀察在不同救援環境應用時之移動速度差異,透過機械結構之連桿原理進行機器人足部設計調整,以仿生鍬形蟲六足吸管機器人進行模擬實驗測試。經由研究結果得知這類型的機器人能快速平穩行走的最佳設計條件為:六隻腳結構、腳長分別為前足4cm、中足5.5cm、後足4cm時、足底材質為魔鬼氈或菜瓜布。另外,實驗中發現了適當的載重為40g時反而讓機器人移動速度也變快,為了驗證是因為足部摩擦力增加的關係,也另以無載重足部摩擦力實驗驗證了這個推論。我們又改造測試發現機器人的中後足裝上泳足時可在水中最快速移動,綜合以上研究我們成功達到了讓仿生鍬形蟲可以「從水中到陸地」與「從陸地到水中」都能穩定快速進行救援移動的目標。