全國中小學科展

臺灣

自組裝DNA探針於GNP@PANI電極以檢測miRNA

在許多疾病中,如癌症、心血管或神經疾病等檢測微核醣核酸 (microRNA,簡稱miRNA)的表現水平可作為診斷指標。現行檢測miRNA多使用qRT-PCR技術,雖然有其特異性,然而成本高、操作複雜、耗時長為其缺點。本研究開發自行設計可抓取目標股miRNA的DNA探針,藉由合成修飾技術,將此探針固定在金奈米與聚苯胺(GNP@PANI)的修飾電極上,製備出具高靈敏度與特異性的分子電極。實驗結果顯示:此自組裝的分子探針電極具有良好的線性檢量關係,偵測極限可達0.1nM;其極佳的專一性可應用於尿液樣本的檢測,且回收率高達101.7%。本研究採用電化學技術來檢測miRNA 具有成本低、操作簡便、檢測快速等特點,且裝置易於小型化,便於攜帶與使用適合於資源有限的地區 和現場檢測。

「震」面對決—探討對一般房屋最有效的防震方式

台灣位於環太平洋地震帶上,全世界每年平均有超過90%的地震都在這裡發生。也因此,台灣常常遭到地震的波及與危害,這激起了我們對地震與防震方式的好奇心。因此,我們開始了一連串的研究,經過大量實驗研究之後,我們發現:對房屋會造成最大影響的是梁柱的粗細以及房屋的面積;對一般房屋最有效防震的方式為阻尼減震。

基於LSTM行為與活動力之樂齡關懷系統

本研究開發RNN和LSTM長短期記憶網路的樂齡行為關懷系統,搭配樹莓派、多種無侵入式感測器和鏡頭,實現對獨居者日常活動的實時監控和情緒辨識。 將系統收集的數據儲存在SQLite資料庫中,通過LSTM長短期記憶網絡進行分析和學習,提高系統預測準確率。我們還根據各行為感應器觸發的頻率、語音關鍵字,臉部情緒辨識結果等數據,使用隨機森林演算法分析使用者的狀態,建立客製化的模型以優化系統的預測性能。此外,系統配備語音識別功能,提供求救信號發送,及負面情緒安撫等功能。 通過長期的數據收集和分析,本系統能夠觀察並預測獨居者的活動力和情緒的變化,早期發現獨居者的身心健康是否有風險。

登「螳」入世-寬腹斧螳之孵育與捕食行為探討

本研究為探討寬腹斧螳之孵育與捕食行為。首先,設計AI螳螂與螵蛸辨識工具並進行野外踏查,以了解寬腹斧螳生存環境;接著,以自行設計製作之實驗裝置進行螵蛸孵育實驗,了解溫度與濕度會影響螵蛸孵化天數,光照時間則沒有明顯影響;接著,進行寬腹斧螳若蟲的飼育,發現以10mL自製容器可提高一齡若蟲的存活率,而隨著齡期的增加,若蟲對食物數量的需求逐漸增加。 最後,進行寬腹斧螳捕食行為實驗,發現光照強度、聲波頻率會影響寬腹斧螳若蟲捕獲果蠅的時間,寬腹斧螳若蟲的捕食距離可達兩步長。最後,關於食物部分,寬腹斧螳若蟲可捕食移動中的人工飼料、水中的孑孓、停駐的蚊子、比自己小的爬行昆蟲-黃迷若蟲和比自己小的步行昆蟲-紅姬緣椿象。

凹凸有竅門,完美再呈現! ~六邊形蜂巢堆砌策略之探討

我用前兩年研究的結論延伸探究在凹凸形狀的蜂巢中擺放灰色六邊形透過有系統的堆砌方式及策略應用,兼以「一筆畫」方式檢驗是否為最佳化組合並依據模組間的相互關係值,求得K值包圍的白色六邊形總數計算公式 。 在P值相同的條件下我得到幾個結果: 1.凹角一種和凸角二種皆能有系統的堆砌及排列規則。 2.經由模組相互間衍伸出的關係值所有個別模組的W值總和、角對角數量(A值),共用格數量 (S值)可找出較佳的堆砌組合,並求出包圍的白色六邊形總數(K值)。 3.透過「一筆畫」方式,能找出最少路徑數(K值),以檢驗每種堆砌組合是否為最佳化組合。 4.得出的結論延伸應用於課室的分組座位安排,以縮短課堂巡視的路徑數(K值)。

鈦錳啦!藍「解」「除」橘!─探討MnO2及TiO2對亞甲藍及甲基橙的去除效果

本研究利用合成不同形狀TiO2/MnO2/ZnO,藉由改變接觸面積進而提升染料去除率。在初實驗中將9種金屬氧化物與甲基橙/亞甲藍/甲基紫反應,發現TiO2-甲基橙與MnO2-亞甲藍之組合有較好的去除能力。在改變反應溫度的實驗中,TiO2-甲基橙之去除率隨著溫度上升而降低,當中以25℃ 海膽形表現最佳,而在MnO2-亞甲藍的反應中,則以海膽形在25℃時表現最佳。最後改變染料溶液的pH值,發現TiO2海膽形在pH5.7時表現較佳,MnO2則是在低pH時有較高的去除率,推測該結果與顆粒零電荷點及染料pKa值相關。透過BET與PL分析,TiO2海膽形及MnO2海膽形有較佳的比表面積與氧化能力,故整體去除效果最佳。此外本實驗亦利用LC-MS驗證反應的確成功分解染料,且利用生物試驗證實處理後之溶液對生物毒性明顯降低。

廢羽翻轉變綠金-雞毛化身為蔬果的養分

羽毛廢棄物是畜產類廢棄物中排名第二大宗,為了提高廢棄羽毛的實用價值與效益,我們利用酵母菌進行雞毛分解,發現啤酒酵母分解效果優於麵包酵母,且在有葡萄糖、空氣及光線的環境,分解效果較佳。啤酒酵母分解後的雞毛液肥,灌溉高經濟價值的彩椒及福山萵苣,彩椒果實總質量比市售肥組高出84.6%,果實中含有葡萄糖濃度為23.8%,比市售肥組多出49.7%。碘量法的抗氧化能力試驗中,發現雞毛液肥灌溉的彩椒抗氧化能力比市售肥組多出91.3 %。另外,雞毛液肥灌溉的福山萵苣的葉片總質量比市售肥組多出116.2%。可以發現,啤酒酵母分解的雞毛液肥,確實可取代市售肥料當作彩椒及福山萵苣的養分。希望藉此研究能將廢棄雞毛再利用,減少環境負擔,讓農業永續發展。

源源不絕的「蔘」命力―探討添加各式中藥材的酵母菌、牙斑菌及草履蟲是否能抵抗紫外線

在中藥學中,認為人蔘對於人體健康有一定的效用,例:牛蒡可通十二經脈,洗五臟惡氣及久服輕身、耐老,增強體力、恢復精神。(楊琇涵,2010)我們對於人蔘療效所描述的益氣、補氣等敘述感到疑惑,食用中藥湯劑對於身體有甚麼確切的幫助?因此本實驗決定以酵母菌、牙斑菌、草履蟲作為實驗生物,探討紅參(Ginseng Radixet Rhizoma Rubra)、吉林參(Panax ginseng C.A.Mey)、東洋參(Talinum paniculatum)、牛蒡(Arctium lappa)、黨參(Codonopsis pilosula)等中藥材是否具有協助生物修復或降低傷害的功效。實驗結果發現,添加中藥似乎無法協助酵母菌抵抗紫外線所造成的傷害。以東洋蔘培養的牙斑菌對於對抗UVC照射所造成的傷害有較佳的效果。草履蟲經UVA照光處理之生長狀況無太大差異,而紅蔘萃取液可能能夠降低草履蟲在UVC照射下受到的傷害。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,去完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論了利用1、2、3 個圓去覆蓋的情形,並分銳角、直角、鈍角三角形去做分類,有完整的結果。並在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律。

蜿蜒曲折

本作品研究「從幾何圖形問題探究如何以最多或最少的路徑轉折次數通過各類幾何圖形的所有中心」,同時解決科學研習雙月刊的問題。主要將該主題分為:研究各類幾何圖形路徑轉折處只能在中心、路徑轉折處只能在頂點與路徑轉折處在中心與頂點給定依序輪流條件時,路徑轉折次數的最大值及最小值與邊格數之關係,更可延伸探討長方體及矩形不同路徑走法組合。再者,由路徑的行進方向發現,在將各類幾何圖形的路徑方向化為代數後,可將路徑過程表示為一個代數列。若代數列相鄰的兩項為相同代數,則該路徑為一直線;若相鄰的兩項為不相同代數,則該路徑為路徑轉折處。比較至代數列的最後一項,即可找出該幾何圖形的路徑轉折次數,並用代數列驗證其一般式。