全國中小學科展

臺灣

酒石酸配位掌性聚合物之自組裝合成、結構與特性研究

奈米技術在 20 世紀後期蓬勃發展,而具有奈米及孔洞的超分子更為化學家所積極尋求合成上的突破與挑戰, 超分子化學用來探討一些分子間較弱、可恢復性的作用力,以期製備一系列具有功能性的孔洞材料 。 其主 要分為以下六種: 1. 凡德瓦力 (van der Waals forces,energy -1) 2. π-π堆疊作用力 (π-π stacking interactions ,energy= 0~50kJ‧mol-1) 3. 氫鍵 (hydrogen bonds,energy energy = 4~50kJ‧mol -1) 4. 偶極 -偶極作用力 (dipole -dipole interactions,energy= 5~50kJ ‧mol -1) 5. 陽離子-π作用力 (cation interactions, energy = 5~80kJ ‧mol -1) 6. 離子 -偶極作用力 (ion-dipole interactions,energy= 50~200kJ ‧mol -1) 而分子自組裝即利用這些作力, 依熱學最安定的合發生然排列現象可應用於分離、化學感氣體儲存子交換導熱以及光電性。 本研究主要利用混合掌性異構物的酒石酸鉀鈉與硝酸鈣或鎂,在水酒精的環境下進行自組裝,利用簡單與無毒的自組裝合成法,讓右旋酒 石酸分子鎂金屬配位而左石酸分子與鈣金屬配位,別得到掌性聚合物除了將兩種 掌性異構物分離,也 實踐綠色化學中無毒與環保的概念 。

薈「植藍」新──萃集植酸作為藍瓶實驗新的還原劑

「藍瓶」實驗是利用還原糖加入氫氧化鈉、亞甲藍溶液,使之發生藍色的亞甲藍變成無色的亞甲藍的氧化還原反應。 本次探究的起因主要是因為在自製藍瓶實驗所需的葡萄糖過程中意外發現黃豆水中的植酸有可能與亞甲藍產生氧化還原反應。本次探究主要分成三個部分,第一部份檢測在不同條件下黃豆水中葡萄糖的濃度,並確認黃豆水中讓亞甲藍變色的主要物質為植酸,第二部分進一步利用分光光度計測量反應中亞甲藍的透光度,以其數值判斷反應時間, 再以分光光度計測量固定時間內藍色亞甲藍的變化量(反應速率),藉此探討不同種類的糖類、不同濃度的糖類、植酸、果糖、氫氧化鈉影響其反應速率的程度。 第三部分以本次研究結果為基礎延伸其應用價值。

從”食”招來~二氧化碳的擇”粉”條件

本研究透過發糕來研究泡打粉產生的二氧化碳在麵糊內,如何影響發糕體積膨脹及裂痕情況,並找出各種麵粉膨發的最佳條件。透過實驗得到二氧化碳的最佳擇”粉”條件如下︰ 一、低筋麵粉︰糖60公克、水65公克溶解放涼,加100公克低筋麵粉與4%泡打粉攪拌6分鐘,麵糊完成後立即入鍋蒸20分。 二、中筋麵粉︰糖60公克、水65公克溶解放涼,加100公克中筋麵粉與4%泡打粉攪拌6分鐘,麵糊完成後靜置60分鐘再入鍋蒸20分。 三、高筋麵粉︰糖60公克、水75公克溶解,熱糖水加100公克高筋麵粉,攪拌9分鐘(倒數1分鐘加4%泡打粉),麵糊完成後立即入鍋蒸20分。 只要找到各種麵粉和二氧化碳的最佳配合條件,大家都可以做出”膨”而且”發”的發糕。

致命的危機~探討蟲生真菌對疣胸琉璃蟻的致死情形

近年來疣胸琉璃蟻肆虐,防治困難。我們在野外採集到疣胸琉璃蟻身上真菌,透過自製馬鈴薯培養基、菌種純化方式、不同濃度孢子感染實驗及模擬野外感染方式,了解蟲生真菌對疣胸琉璃蟻的影響。研究結果顯示噴灑4.36*106濃度孢子液可在第2天達到半致死率;爬行5分鐘的單一帶菌疣胸琉璃蟻在7天內造成健康蟻群半致死情形;模擬野外感染實驗中7隻帶孢子的疣胸琉璃蟻15天內造成族群大量死亡;存放於冰箱4週、6週、8週、10週的4.36*106濃度孢子液皆可在9天內達到半致死率效果,對共生的蚜蟲及介殼蟲則無影響。本研究的蟲生真菌與已知的偏側蛇蟲草菌不同,但對疣胸琉璃蟻有致死效果。期望未來提升孢子收集技術,朝開發真菌殺蟲劑的生物農藥方向發展。

膠碘方程式

自製的簡易光度計「方」「程式」,是以大大小小「方」形積木,組合成合適的反應系統,運用智慧型手機內的感光元件,搭配科學日誌App軟體裡的照度計,或與硬體Arduino「程式」來控制光源或感測元件,測量硫代硫酸鈉與鹽酸反應終了的光度變化,替代以肉眼目視的缺點,也可測定不同濃度的硫酸銅溶液與有色的果汁溶液,均可以有一定的參考依據。「膠碘」溶液:聚乙烯醇-硼酸-碘液系統,會使溶液呈現藍色,PVA濃度太濃時會有結塊情形;5%硼酸體積若低於整體體積約20%,將導致溶液沒辦法顯色;但0.0125 M碘液體積可以減量到整體體積的3%都還能顯現藍色。我們可以用PVA-硼酸代替澱粉,在丙酮的碘化反應中,當作判斷反應終了之指示劑。

「綠」野仙蹤-利用增強子陷阱分析斑馬魚基因序列與側線組織再生

基因陷阱(Gene trap)和增強子陷阱(enhancer trap)在近年來被廣泛應用於斑馬魚的研究上。 因此,本實驗利用實驗室現有的增強子陷阱,包含熱休克蛋白(Hsp-70)促進子和綠螢光蛋白基因(GFP)及兩端的Tol2重複序列,得到不同位置發亮的斑馬魚。其中,本實驗選用側線細胞之套細胞(mantle cell)和中間神經肥大細胞(Interneuromast cell)表現綠色螢光蛋白的斑馬魚(HG7L)進行研究,推測sortilin-related VPS10 domain containing receptor 3 (sorcs3)為部份的被取代基因。另外,將HG7L互相交配後,進行被取代基因對側線組織再生之功能的實驗,發現雙股皆被取代的斑馬魚的毛細胞(hair cell)再生較遲緩且排列凌亂,推測被取代基因對側線發育有影響。再者,藉由被標定的套細胞觀察側線組織的發育,並模仿前人的實驗方法,觀察得知側線的發育過程不只與套細胞更和中間神經肥大細胞有關。

孟氏定理與西瓦定理在多邊形與多面體中的推廣

本文主要在探討幾何中的兩個重要結果—三角形中的『孟氏定理』與『西瓦定理』推廣到平面上任意的『凸 邊形』與『凹 邊形』的相對應結果,甚至於我可以將『凸凹 邊形』換成『 條直線』,我發現亦可以得到類似的結果。在完成平面上的圖形推廣之後,我也試著思考其在立體空間中是否也有類似的推論,很幸運地也發現有類似平面多邊形的結果,目前已完成空間中任意『 個頂點多面體』的『孟氏共面定理』;此外,我也證明了空間中任意四面體的『西瓦共點定理』,同時以實例驗證空間中的『西瓦共點定理』在四角錐中的形式,進而找到『 個頂點多面體』的『西瓦共點定理』之形式,並已驗證其正確性。

高階電腦數位影像之研發

快門,捕捉最原始的感動;科技,創造最完美的呈現。當攝影遇上科學,成就了本研究的主題──高階電腦數位影像之研發。在我的研究過程中困難重重,從外景攝影、後製研究、影像創作到本研究撰寫完工,一切由我個人獨力進行,經歷了多次失敗,仍堅持的完成這重大的研究突破。 相信多數人會使用相機,但是對數位攝影這領域卻不甚了解,更別談藝術與科學的結合。因此希望本科展研究將會成為未來科技數位電腦的主軸,強調科技、即時、便利、環保、生活及教育的科學推廣,以實用並超越新世紀的數位領域,讓所有電腦愛好者,都可以輕鬆的應用此高階的數位暗房後製。讓電腦科技不只是零與一的組合,而是心靈與世界的互動! ;Camera shutter captures the most original affection; technology creates the most perfect display. High-level digital image—when photography meets technology—is the theme of this research. However, in the process of the research, I have encountered many problems—from outdoor scene shot, production research, image creation to report writing—I did them individually and had undergone many failures, but I still insisted on finishing this big research breakthrough. I believe that many people can use the camera, but didn’t understand anything about the field of digital photography, let alone the combination of art and technology. I hope this technology development research would become the main perch of digital technology in the future—emphasizing technology ,instantaneous,convenience,environmentalprotection, livelihood, and popularize technology education—to use and go beyond the new age of digital field and to make computer lovers apply high-level darkroom production easily. Making computer technology not just combinations of zeros and ones, but the interaction between life and the world.

老鼠愛大米-倉鼠學習能力之探討

本研究旨在探討倉鼠的學習能力。實驗對象為三隻同品種的倉鼠,首先了解倉鼠對不同穀物的偏好;其次探究光線強弱對其選擇路徑的影響,作為後續實驗設計的依據。其三透過不同難度的迷宮了解倉鼠能否在多次經驗中縮短穿越的時間;接著進一步在迷宮中加入○╳的簡易標示,探討倉鼠能否藉由辨識標示來縮短穿越時間。最後則透過食物與聲音建立連結,探討倉鼠在條件反射學習的習得效果。 實驗結果得知,第一:倉鼠個體間對於食物有偏好性,以紅高粱最受喜愛。其次:倉鼠喜愛光線較弱的通道。第三:倉鼠確實具有學習能力,但個體之間有所差異。第四:迷宮中的標示能協助倉鼠縮短其穿越的時間。第五,在條件反射的學習中,倉鼠能獲得對聲音的穿越迷宮反應。

廚餘救星-黑水虻

從如何誘集黑水虻開始,尋找適合的材料引誘黑水虻成蟲產卵。觀察黑水虻完整的生活史,從取得蟲卵孵化,以各種方式嘗試飼養黑水虻幼蟲,並誘集會自動爬離食物的終齡幼蟲,待其化蛹並羽化後,設法讓成蟲交配產卵,從中觀察到溫度對黑水虻成長速度的影響。並繼續養出更多的黑水虻幼蟲來進行廚餘的分解實驗,並設計簡易的廚餘分解利用模型。