2019年

本文研究轉換二氧化碳成為替代能源，介紹運用太陽能源，以SnS2及光觸媒進行CO2還原反應，以產生碳氫和碳氫氧化合物。我們以溶劑熱法配置SnS2，過程中藉由加入不同重量百分比例的銅(0, 0.5, 1, 5, 10 wt.%)探討銅的添加對於觸媒的影響：能隙縮短、底面為從六角形至四邊形晶體結構、吸收光範圍延伸至可見光之域。以活性測試探討其綜合性能，結果呈現1 wt.%銅修飾的SnS2光觸媒有最高CO2轉換效率，且產物單一為乙醛。未來希望藉由研究最佳銅修飾的比例，以改良二硫化錫光觸媒的吸光特性、減少電子電洞對復合，並進一步增加其量子轉換效率、增加產量。

本實驗提出了一個新的細胞化驗平台：結合螢光素酶和螢光奈米鑽石（Luciferase-Fluorescent Nanodiamond；Luc-FND）用來高靈敏檢測極少數量的細胞，克服人體間葉幹細胞（Mesenchymal Stem Cell; MSC）的數量稀少以及來源取得困難的問題。本實驗開發的Luc-FND assay，不同於以往的Luciferase assay，Luc-FND assay利用了FND當奈米載體（約為100nm），將裹上的螢光素酶送入細胞後監測細胞內冷光強度，用以得知細胞胞吞作用的多寡，進一步推算出細胞的存活率。本實驗將此機制應用於被不同濃度的化療用藥阿黴素（Doxorubicin；Dox）處理過的間葉幹細胞。結果顯示Luc-FND assay能夠高靈敏的檢測Dox對於間葉幹細胞的毒性，僅用1 ×103個細胞就能測出低至0.3125M的Dox劑量。本研究結果顯示，Luc-FND複合物是一種高效能的生醫工具，可將生物發光蛋白均質傳遞到間葉幹細胞中，提供了一種檢測和驗證治療成果的新方法。

本研究以高溫鍛燒的褐藻酸鈉鹽與亞硫酸銨混合粉末作為電極修飾材料，並與多層奈米碳管(CNT)混合後，附著於碳紙極電板上。修飾材料中推測含有碳奈米纖維與碳量子點，其表面具親水性的含氧官能基，可提高CNT在水相中的分散性；而碳奈米纖維則推測可增加材料的機械強度，提升電極可撓度。研究藉由調整鍛燒溫度和氮材合成比例，探討不同變因下製造的電極修飾材料對電容效能的影響。 得知最佳鍛燒條件為：褐藻酸鈉鹽與亞硫酸銨1：1(重量比)、鍛燒溫度為160℃。利用此條件下製作出來的電極修飾材料，可以使實驗材料達到最高的比電容值324F/g。此製程大幅提升了奈米碳管的比電容值(對照組128F/g)，期待未來能實際運用於電能儲存裝置上，或搭配電池應用於可撓式電子裝置。

臨床上，人工血管與心血管支架常因血栓導致其使用壽命減短，甚至造成病人生命危險，而血栓起因乃為血小板活化。氧化石墨烯為新穎二維材料，其於醫學方面的應用也極具潛力。本研究藉由微流道觀測系統，透過光學顯微鏡直接觀測氧化石墨烯表面與血小板間之交互作用，再進一步使用紫外光還原氧化石墨烯表面，並使用原子力顯微鏡(AFM)、X光光電子能譜儀(XPS)、凱爾文探測力顯微鏡(Kelvin Probe)等檢測氧化石墨烯表面性質。 經實驗證實，鍍有氧化石墨烯之表面在流動狀態下，可有效地減少血小板的活化與貼附，並推測因氧化石墨烯表面帶有負電荷，可排斥同帶負電荷之血小板，以達到減少血栓生成的目的，未來可進一步應用在人工心血管支架上，延長其使用壽命。此研究突顯了改善人工血管與支架表面性質與其臨床上應用的重要性，而材料表面修飾也為優化臨床應用提供一個可行方法。

Solar energy is a main source of energy that is expected to play a vital role in fulfilling the future global demand of electricity. Design of advanced photovoltaic (PV) system with high electric conversion efficiency is the key for collecting solar energy. A major obstacle hindering useful PV utilization is the deterioration of solar cell efficiency with temperature. The present results of experimentation have shown that there occurs a reduction of approximately 33% in the solar panel efficiency as the operating temperature increases from 45 °C to 68 °C at 1000 W/m2. Therefore, an innovative design of enhanced-performance solar panel using micro flat heat pipe (HP) and thermoelectric generator (TEG) is proposed and experimentally investigated in the presented project. To operate HP and TEG at highest possible efficiency, the condensation section of HP is innovatively cooled by utilize the condensed water inside the evaporator of air conditioner (which is usually between 5-7 °C). Two different types of silicon panel are used in the study: monocrystalline solar panel and polycrystalline solar panel. The results showed that a reduction in average solar panel temperature up to 25% is obtained. In addition, produced power was increased by as much as 50% when solar panel was cooled by the heat pipe. Finally, the feasibility study and cost analysis of the proposed hybrid system are discussed in details and presented.

本研究利用仿生機器人(Biomorphic robotics)來探討蜂鳥(hummingbird)在不同重量變化下的飛行機制。本實驗利用了使用多連桿結構組成的仿生蜂鳥機器人，並使用懸吊裝置來模擬不同重量的蜂鳥，再藉由慢動作高速攝影機來紀錄蜂鳥振翅飛行的過程。透過影像分析與紀錄重量變化來分析仿生蜂鳥拍翅時的動態行為後，我們可以得到與仿生蜂鳥重量相對應的上升力結果與不同蜂鳥重量下相對應的拍翅頻率數據。我們從這些關係分析作圖並推導出對應的公式，這些結果可以解釋為何大部分蜂鳥重量都介於10 - 20克以及拍翅頻率介於20-50Hz，目前尚未有文獻發現及探討這些相關現象的研究，此研究的結果可作為未來微型撲翼機(ornithopter) 的設計參考，有助於微型軍用探測機械與小型空中救援機械的發展。

近年來中醫在慢性病的治療上已獲得很大的進展，許多中草藥的功能與特性皆是利用人體實驗來找出其效用，中藥內含的成分極為複雜，其功能與毒性測試常依賴於過去經驗醫學，許多中藥仍有待探討與實證，其對人體細胞和基因的影響仍不如西醫。因此目前國內外紛紛開始建置中草藥、成分、化合物相關數據庫供查詢，然而如何讓中醫的功能與毒性科學化變得是很重要的議題。本研究利用化學結構的數據分析來探討中藥成分與人體臟器與毒性的關係性。我們採用深度學習模型以中草藥的化學性質作為輸入，透過化學結構的圖像傳播，來預測中草藥相對應之臟器有效功能與毒性預測，希望透過本研究可以提供中藥對健康影響的依據並作為未來輔助中醫的工具，讓人們可更加了解食用中藥對人體可能有的正面與負面影響。

兩棲類是一群可以在水域及陸域棲息生活的動物，幼體期蝌蚪生活在水中，具尾巴可四處游動，多數為濾食或刮食，但變態後的成體青蛙主要生活在陸地，吐出長舌捕食會動的生物。因此蝌蚪變態前後不僅生存環境大為改變，攝食行為也從被動取食轉為主動攻擊，所以推測牠們在變態過程中，眼睛位置會有所變化，形成更大的雙眼(立體)視覺區，適應變態前後的劇烈改變。本研究運用向量幾何作圖方式，將頭部眼睛位置座標數值化後，分析不同蝌蚪變態前後眼睛位置與雙眼視覺的變化情形，試著找出變化趨勢與棲地、行為或演化之間的關聯性。結果發現不同眼睛類型的蝌蚪在變態過程中，眼睛位置會有不同的轉變過程，但變態之後，眼睛皆會往頭部兩側移動，眼睛至吻端的距離變短，導致雙眼視覺區變大，更具立體視覺，可精準判斷獵物位置。此外也發現蝌蚪視野範圍主要受水層高低影響，高水層蝌蚪眼睛位於頭兩側，低水層蝌蚪眼睛則生長在背部。成蛙視野範圍影響因素有棲地、行為及親緣關係，棲地分析結果顯示會在水陸兩邊活動的成蛙視野範圍最大。水棲型的福建大頭蛙具有強領域行為，陸棲性黑眶蟾蜍具瞄準捕食行為，故雙眼視覺都較大。同屬於樹蛙科的蛙類雙眼視覺大小的影響因素主要與為活動高度有關，樹棲型樹蛙因需在樹林活動，演化出較大的雙眼視覺，以利判斷空間位置。艾氏、王氏與碧眼樹蛙等親緣關係接近的姊妹種因生殖行為類似，蝌蚪與成蛙都演化出具有相似的眼睛型態。

自轉是塑造恆星演化的關鍵物理因素（A. Maeder et al. 2012），然而，在一些研究當中，模擬恆星演化仍會選擇忽略旋轉的影響（Pietrinferni et al. 2004），這開啟了我探討自轉在恆星演化扮演的角色之興趣，於是展開以下研究。MESA（Modules for Experiments in Stellar Astrophysics）為一專業天文物理界中普遍使用之電腦程式，能模擬各種恆星演化場景，本研究藉由MESA模擬不自轉至具自轉程度差異之恆星演化模型，探討其演化過程之變化及最終狀態之差異。研究結果分析發現自轉混合導致不同殼層位置之元素有更好的對流性，因而產生較好之化學同質性質 (Chemical Homogeneous)，而自轉效應在驅使恆星進入presupernova階段亦有一定程度的重要性。

Pedicle probes are medical devices used by surgeons during spinal fusions for patients with conditions such as scoliosis and spinal fractures. The probe creates pilot holes to guide the placement of pedicle screws in vertebrae. The screws are then connected with a metal rod to stabilize the spine. Twenty-nine percent of patients who undergo spinal fusions suffer from vertebral breaches – accidental damage to the spinal cord – which cause complications such as infection, motor defects, and in many cases paralysis. My goal was to make spinal fusions safer by redesigning the pedicle probe to provide surgeons with instantaneous feedback on the probe’s location, enabling them to more accurately place pedicle screws. The pedicle probe I developed takes advantage of the difference in density between the inner cancellous (spongy) bone and the outer cortical (compact) bone found in vertebrae. Cortical bone is avoided by monitoring the cannulation force – the force required to insert the probe. When the probe contacts denser cortical tissue, it warns the user by providing tactile and visual feedback through a vibration motor and an LED. This enables the surgeon to redirect the probe and advance down the optimum path, preventing a possible breach. It proved successful in preventing breaches on lamb vertebrae, which closely resemble human vertebrae. This novel device improves feedback to the surgeon and eliminates the need for costly and potentially harmful ionizing radiation exposure. Furthermore, it does not depend on, or require, any preoperative imaging. The cost of manufacturing the improved probe is less than $42 USD (NT$1297). Results of patent searches for 加拿大, the 美國, and Europe suggest that the redesigned probe is unique in predicting and preventing breaches in spinal fusions based on predetermined force threshold values. The probe is also unique in enabling personalized procedures in spinal fusions for those with complications, through calibrating a control (force) limit based on tissue samples prior to the procedure. Enhancing a surgeon’s ability to determine an appropriate path for pedicle screws through a sensor-enabled probe has the potential to significantly reduce the incidence of vertebral breaches during spinal fusion surgery.