全國中小學科展

2019年

BA-ADA based ROS-responsive nanoparticles for selective drug delivery in cancer cells

Current medical intervention in cancer therapeutic methods has shown risks and side effects with normal tissues. This includes incomplete cancer eradication. In reference to numerous studies and literature reviews, a stimuli-responsive drug delivery system is selected as an innovative, safe and more assured treatment due to its site-specific release ability. This allows specific intervention upon the given stimulus which response to the presenting disease symptoms. Hence, we designed a ROS(Reactive Oxygen Species)-responsive BA-ADA(4-Hydroxyphenylboronic acid pinacol ester and 1-Adamantanecarboxylic acid bonded molecule) nanoparticle delivery system. In our study, ROS-responsive nanoparticle was designed and prepared based on a synthetic molecule from BA and ADA. A therapeutic payload, Doxorubicin, can be loaded into the nanoparticles and it can be selectively released within cancerous tissues whereby ROS level is over-expressed. This will enhance both therapeutic efficiency and reduce side effects. The stability and ROS-responsiveness of the particle were proven in a series of evidence-based experiments. The results showed a significant difference in cell viability during the experiments with healthy and cancerous cell samples. Further research will be required to extend the experiment in vivo.

The Study of the Relationship between Global Warming and Acid Rain

The purpose of this project are 1)To study the relationship between global warming and acid rain with chemical model and mathematics model from temperature changing and pH of carbonic acid. 2) To create a pH measurement tool of carbonic acid in gaseous state.3) To study the impact of human activities in Loei province that affect to the relationship between global warming and acid rain. The procedures are 1)Do an experiment for studying the relationship between temperature changing and pH of carbonic acid. 2) Proof the mathematics model by using the result of experiment, the chemical reaction equation of carbonic acid solution. 3)Create a pH measurement tool of Carbonic acid by using Arduino and sensor with new formula in the computer program. 4) Using a pH measurement tool of Carbonic acid for studying impact of human activities in Loei province including industrial area, agricultural area, tourism area and forest area. The result of the mathematical model of the relationship between temperature changing and pH of carbonic acid is in form of Cubic equation in Equilibrium state and STP state. (Standard condition for Temperature and Pressure) So, we found that in this state has pH of carbonic acid is about 5.644. When the temperature rises up the effect of rainfall has a lower pH of carbonic acid solution. We also proof the new formula that create a pH measurement tool of Carbonic acid in gaseous state. The impact of human activities in Loei province found that the areas most affected by acid rain are the industrial areas, agricultural areas, tourism areas and forest areas respectively. In conclusion, when the temperature rises, it will dissolve acid solutions in the water on the earth. The loss of [H+] made the pH increases and the greenhouse gases become more atmospheric. These gases are more likely to react with atmospheric vapor. When these vapor form a cloud and condensation falls as rain, the rainfall has a lower pH, that is, global warming can result in the phenomenon of acid rain is greater.

運用GAN實現字體風格轉換

本研究以實作字體風格轉換的生成對抗網路模型為動機,將Conditional GAN當作模型的基礎,探討pix2pix模型及其他研究的一些方法對模型會產生甚麼影響,以得出能最優化預測成效的深度學習模型。 首先進行的是前處理的步驟,將字體的truetype檔案轉換成模型輸入的jpeg檔,再以生成器(Generator)和判別器(Discriminator)建立Condional GAN的基礎模型,然後探討加入U-Net、Category Embedding等方法,以及訓練資料集大小對模型造成的影響,最後實作整合的pix2pix模型和CycleGAN模型進行比較。 經過實驗後發現,U-Net和Category Embedding都對模型的預測成果有所幫助。另外,對相似的字體而言,pix2pix的效果較好,而對兩種風格差異較大的字體則需用Category Embedding的方式,融入更多字體進行訓練以達到更好的成效。

Σn=1∞(n/(Cn2n))=√(x/(4-x)3) (√x(4-x) + 4sin-1(√x/2))與其相關的無窮級數

本文從一個博奕遊戲談起,探討遊戲的期望值得到一無窮級數Σn=1∞n/Cn2n 並嘗試用相關的數學概念與方法思考,首先處理問題Σn=1∞n/Cn2n 與Σn=1∞n2/Cn2n 的值,過程中利用了Σn=1∞n/Cn2n 函數與Σn=1∞n2/Cn2n 函數的性質將欲求之無窮級數轉化成積分或微分方程式的型態,再利用奧斯特洛格拉德斯基積分方法解出所求。 為了更有效率的得到相關之無窮級數,引進了微積分工具中之冪級數的概念,輔以微分方程式公式解求出了 f(x)=Σn=1∞Xn/Cn2n =√x/(4-x)3 (√x(4-x) + 4sin-1(√x/2)), x∈(-4,4), 進而推廣、延伸與其相關的一系列無窮級數,並利用導函數f'(x)求得 Σn=1∞n·2n-1/Cn2n的值。 接下來討論與f'(x)相關的無窮級數,發現可利用f(x)的高階導函數透過迭代方式得到Σn=1∞nm/Cn2n的值,其中m為任意正整數,歸納這些級數後可以應用在本文之博奕遊戲,讓獎金的選擇更富有變化性。 最後觀察f(x)與卡塔蘭數列{Cn}的倒數所構成之冪級數有所關聯,解出 Σn=1∞Xn/Cn的收斂函數後求出了Σn=1∞1/Cn的值以及{1/Cn}的偶數項與奇數項的和。

連續函數與多倍角公式推廣研究

本研究考慮的主要問題: 若非常數之連續函數f滿足∀m∈N,∃P(x)∈C[x] s.t.f(mx)=P(f(x)),其形式應為何? (一)、若考慮函數範圍為解析函數,則f(x)的形式必為下列三者之一: (1).axn+b (2). akx^n+b (3). acos⁡(kxn)+b ,其中a,b,k∈C、n∈N (二)、若將考慮函數範圍改為:連續函數f:[0,∞)→C,則f(x)之形式必為下列三者之一: (1).axk'+b (2). akx^n+b (3). acos⁡(kxn)+b ,其中a,b,k,k'∈C、n∈N、Re(k' )>0 (三)、若將考慮函數範圍改為:連續函數f:(0,∞)→C,則f(x)之形式必為下列四者之一: (1).alogx+b (2).axk'+b (3). akx^n+b (4). acos⁡(kxn)+b ,其中a,b,k,k'∈C、n∈N 在本篇的最後,我們也將N的角色以其他正實數子集取代掉以推廣結果。

電池養魔豆──自製環保電池

本研究在於製造出一顆環保並可回收利用的電池,在顧及環保的同時,也要有更多經濟與日常的考量。 在電解液方面:藉由添加植物肥料中常見的含氮、磷元素之化合物,及金屬離子以產生氧化還原反應來獲得電動勢,如此一來,電池使用完畢後,還能將剩餘的電解液做為肥料來為植物施肥。 在電極方面:在政府教育的推廣下,使用後的乾電池都必須要進行回收以免破壞生態。據此,我們進一步從廢棄乾電池中取出電極部分並作為環保電池的電極運用,如此一來便能使廢棄乾電池重獲新生。 在外殼方面:我們利用可生物分解的甘蔗渣吸管為包覆材質。 我們已自製成功可產生約1.5 V的環保電池,後續將發完電的電池做為肥料並用來使植物茁壯成長,未來若能取代現有乾電池,那麼對於廢棄電池造成的環境汙染,將具有極大的改善效益。

熊果酸抗胃癌細胞增生與順鉑的協同效應

胃癌的治療方式以手術及化學藥物治療為主。本研究目的是研究中草藥白花蛇舌草的主要成份熊果酸(Ursolic acid, UA)對於胃癌細胞增生的影響。研究使用兩種人類胃癌細胞株MKN45及SCM-1。藉UA處理胃癌細胞之後,由鏡檢可見細胞數目減少,SRB分析法也證明UA會降低細胞的存活率。利用流式細胞儀,證實UA會讓胃癌細胞凋亡。進一步由西方墨點法實驗顯示,UA會誘導促細胞凋亡蛋白Bax及Bak的上升,並且降低抗細胞凋亡蛋白Bcl-xl及Bcl-2的表現。UA也會抑制訊息傳遞途徑p-Stat3/c-Myc/Cyclin D1。實驗也發現UA合併使用化療藥物順鉑(cisplatin)會使胃癌細胞存活率降低。經由周塔氏藥物合併指數及流式細胞儀分析均與協同順鉑能抑制胃癌細胞的增生,西方墨點法也發現pro-caspase 9 被活化,皆與UA會促進順鉑引發凋亡效應有關,這些實驗證實UA是cisplatin治療胃癌的輔劑,這個結果對中草藥白花蛇舌草的抗癌效果提供了具體的實證。

圓周上跳躍回歸問題之研究

圓周上相異n個點,將圓周分割成n段弧,每次每個點沿逆時針方向變換成與下一點所成弧之中點,若某點經m次變換後回到初始點,則m的最小值以及m的所有可能值為何?我們發現,m的最小值為n+2。更進一步發現,m的充要條件為m≧n+2且m≠kn-1, kn, kn+1,其中k為正奇數。接著,我們將問題一般化,圓周上相異n個點,沿逆時針方向變換成與下一點所成弧之p:q處,若某點經m次變換後回到初始點,則m的最小值以及m的所有可能值為何?我們發現,若p, q∈N,(p,q)=1,當變換次數r足夠大時,此n個點的位置會收斂至圓周上n等分點,同時,此n個點會在變換T=n(p+q)/(n,p)次後再次收斂至相同的位置。在這篇研究中,我們推導出任意點Pi變換r次後的點之位置坐標Ai(r)的一般式,不失一般性,我們針對P0求出A0(r)的最小極端值Lr與最大極端值Ur,在變換次數r足夠大時,透過觀察Lr與Ur對應到圓周上的收斂位置所形成的區間是否涵蓋原點,可預期P0變換r次後可否回歸。此外,我們也針對n個點具特殊初始位置座標來研究其回歸性質。

狡兔八窟

科展源自於一個數學專欄上的問題,是關於兔子藏於圖形的某一個頂點,則在兔子位置可能變動和有所限制的射擊規則下,求出每一次最少要同時對幾個頂點開槍,才能「保證」可以獵到兔子。原始題目設定的圖形為正六面體,而我們將其擴展為不同的圖形,利用S(G)≥δ(G)+1得出路徑(Pn)、圈(Cn)的最小射擊點數,利用帶寬及|N(S)|相等的排序條件得出矩形(Pm×Pn)、長方體(Pm×Pn×Pk)、n維立方體(Qn)的最小射擊點數、利用觀察配合可行射擊策略,推測出完滿k元樹(k–treeh)的遞迴關係式並得出上界,建構可行方法,並期望算出最小射擊次數。目前研究結果為上述圖形之最小所需射擊點數及可行射擊策略。

微生物發酵法運用於蚓糞處理與雞場除臭之研究

本研究以不同微生物發酵方式(EM菌(Effective Microerganisms)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、蔡十八菌、木黴菌(Trichoderma))養殖蚯蚓,並固定牛糞、紙污泥與太空包與其他輔料(米糠、蔗渣、果皮、腐葉)成分(原料來自雲林縣工、農業廢棄物),並用本土種的掘穴環爪蚓(Perionyx excavates)分解,以室內分層式堆肥採收蚓糞,再用機械篩選出高純度蚓糞;以雲林縣農作物:小白菜(西螺鎮)、香瓜(二崙鄉)、番茄(口湖鄉)為實驗作物,探討蚓糞當有機肥,作物生長與甜度變化;並將蚓糞與剩料(純度較低)運用於雞場除臭功能,經實驗結果顯示,蚓糞用於農作物與除臭皆有顯著的效果呈現。