全國中小學科展

2020年

綠豆發芽水抑制黴菌效果之探討

本實驗延續過去的研究,進一步探討綠豆發芽水抑制黴菌之機制。經實驗推測,綠豆發芽水中有多種物質-而其中主要為分子量小於3kD的胜肽參與抑制黴菌。而為更了解此現象,設計不同的實驗探討其機制。在縮短浸泡時間後,浸泡溫度為30°C之綠豆發芽水有抑黴效果,未來將探討是否因綠豆階段性釋放抑黴物質導致。另外推測浸泡溫度較低時種子沒有此機制,故在4°C泡綠豆、黃豆、小麥。結果黃豆發芽水、小麥發芽水浸泡7天才有較明顯的抑黴效果,未來將比較更多條件並探討此現象的原因。接著調整不同條件下的綠豆發芽水至相同蛋白質濃度,發現30°C泡3天180顆/120mL的綠豆發芽水抑黴效果較差,未來將探討是否為某些物質濃度改變導致。最後,比較不同樣本找出確切抑黴物質後,期望能應用於臨床上。

布洛卡點相關性質探討

三角形的布洛卡點及布洛卡角是經常被探討的主題。本研究突破過往研究中布洛卡點僅存在於三角形中的侷限性並推廣至n邊形,發現並非所有n邊形都存在布洛卡點,並得到n邊形存在布洛卡點的充要條件,這個條件各n邊(角)互相獨立地等於布洛卡角的cot值,同時這條件亦等價於所有存在正、負布洛卡點的n邊形,其頂點皆為正n 邊形的頂點在反演變換下的反形。當n=4時,即為調和四邊形。接著將文獻中三種布洛卡三角形的變換整併為一種更具數學風味的旋轉與伸縮變換,基於這種變換,發現了許多布洛卡點與外心之間的幾何性質,從而推廣至多邊形。其中美妙的結果是:從任意布洛卡n邊形出發的n條全等的等角螺線皆收斂至布洛卡點。最後,由投影的角度看,發現布洛卡n邊形是正n 邊形的投影,由布洛卡n邊形的n個邊所延伸的多邊形,其頂點是共圓錐曲線的。

小花蔓澤蘭活性成分Dihydromilanolide誘導胃癌細胞凋亡與自噬性死亡

外來入侵種小花蔓澤蘭繁殖速度太快,使台灣本土生環境及多樣性受到破壞。我們研究發現,小花蔓澤蘭葉萃取物會誘導人類胃癌(AGS)細胞毒性;以HPLC分析及分離出小花蔓澤蘭葉萃取物的活性成分Dihydromilanolide (DHK),發現DHK會毒殺胞胃癌、卵巢癌、乳癌與血癌細胞,其中以胃癌(AGS)細胞毒殺性最強。此外,抗氧化劑N-acetylcysteine可減緩小花蔓澤蘭葉萃取物及DHK對胃癌細胞毒殺性,推測是透過活性氧化物(ROS)來毒殺胃癌細胞。我們亦發現,DHK可與抗癌藥物(Doxorubicin、Cisplatin或Paclitaxel)對胃癌細胞產生協同作用。DHK作用胃癌細胞會誘導Caspase-3增加、PARP蛋白裂解、促凋亡Bax增加及抑凋亡Bcl-2減少;產生酸性囊泡(AVOs)、促自噬LC3-II及Beclin-1蛋白增加,且加入自噬抑制劑 3-MA可保護DHK誘導胃癌細胞死亡。推論 DHK可誘發胃癌細胞凋亡(Apoptosis)及自噬性死亡(Autophagy)。總結,小花蔓澤蘭與活性成分Dihydromilanolide (DHK) 具抗胃癌功效且與抗癌藥物產生協同作用,可開發成抗癌的藥品或保健食品。

2048遊戲的勝率與時間差學習法程式特徵之分析

本研究共耗時了九個月,以資訊教室48台電腦為主要設備,共計執行了近2500萬次的遊戲,達成本研究的最終成果。以下將探討並分析一篇以時間差學習法為基礎寫成的 2048 人工智慧程式,在解讀程式碼當中適合取來應用的部位後,加以探討是本研究的核心與主旨。 首先分析出各種方格數組成的相異特徵種類,統計方格數對應的特徵數量後,得出了「二倍定理」,對於往後執行高階方格數時有極高參考價值。隨後為了因應本研究對於四到六方格數特徵的探討並避免窮舉,自創了一種新方法:「已得特徵放置方格法」,對於嚴謹的特徵分析有一大進展。之後將前實驗的130種特徵皆作數十萬次的遊戲勝率分析,排出了各種特徵之間的優劣,接著以特徵之間的組合與原版特徵比較,驗證了此系列研究方法的成功。 「機動性質」是本研究現階段最有可看性也最具應用性的新創研究方法。在本研究後半即藉由計算特徵版面上的位置對次數分析,也為先前實驗現象做了合理解釋。未來將展現的就是機動性質回推法,藉此我正在設計利用更龐大數據,找出一個理想的「機動模型」,這種從被動獲得到主動回推的新思維演進方法,希望可以實踐並對於特徵工程做一大革新。 除了以上,也期望整篇研究以及新創研究方法可以被往後的資訊科技、人工智慧、大數據、特徵工程……等領域應用。

真的是23.5度嗎?-以天文及氣象資料探討固定型太陽能板最佳架設傾斜角

太陽能板一架設完成就要發電20年,若架設角度不正確,會嚴重影響長達20年整體發電量。那太陽能板最佳架設角度為何?又如何確保施工時能正確架設該最佳角度?為解決上述問題,本科展作品,藉由理論計算、電腦模擬實驗與實際系統量測交互比較驗證,依據太陽運行軌跡與氣候資料,逐步探討出固定型太陽能板最佳架設角度。我們依序進行9個實驗,成功驗證一套能依據太陽能板所在緯度與方位角來決定出固定型太陽能板最佳架設傾斜角的方法。更進一步使用數值方法以曲線揉合(curve fitting)法來得出公式,使其不需大量運算即可算出固定型太陽能板最佳架設傾斜角。最後,本科展作品使用BrainGo控制板、直線雷射、GPS、電子羅盤與陀螺儀,成功研製一固定型太陽能板架設角度標示儀,能有效幫助業者與DIY者輕易架設正確固定型太陽能板架設最佳角度,有效確保20年的太陽能系統發電效率。

Algae Meets Fungi: Microalgae-Fungi Co-Pelletization for Biofuel Production

Microalgae-fungi biofuel has significantly less CO2 emissions than fossil fuels, making it much more environmentally friendly. As well, unlike traditional biofuel, microalgae-fungi does not require large masses of agricultural land for production. Thus, microalgae-fungi is an optimal option for biofuel production. This is a cost-effective renewable energy source that can be used in place of regular gas in cars and other means of transportation. By determining the most effective fungi for biofuel production, the threat of the impending environmental damage from pollution can be diminished. This novel experiment determines which fungi: Aspergillus niger, Rhizopus stolonifer or Saccharomyces cerevisiae, is the most effective bioflocculant in the microalgae-fungi co-pelletization process for biofuel production. We hypothesize that when paired with the microalgae Chlorella vulgaris, Rhizopus stolonifer will be the most effective. It has a high lipid content which could enhance the overall production of biofuel. Furthermore, its negative charge will aid with attracting and neutralizing the C. vulgaris colloidal particles resulting in an easier and more efficient removal of microalgae particles. Through the process of bioflocculation, pelletization, esterification and transesterification, the most effective fungi paired with C. vulgaris was determined. This experiment was carried out thoroughly and precisely resulting in a cost-effective solution for the world's current pollution crisis.

Moly.net

Pests can ruin every healthy tree’s crop within 10-15 days. This huge loss can only be detected at harvest season. If the pests have already got inside the fruits or the fruits had fallen down prior to the time of harvest. If pest-control is unconscious, 50-75% loss may occur. In Szabolcs-Szatmár-Bereg county the most common fruit production is apple. Codling moth can cause significant damage to the crops. Codling moths damage the apple directly and they are expected during the whole year. If there are signs of any nuisance we are not able to protect the crops anymore, because in this case they protect themselves from chemicals. The most important part of protection against pests is prevention. Protection can be successful thanks to insects killers and expert’s prognosis. Pheromone traps developed against wrong-doers are very practical. They are easy to use, but the problem is that the manufacturer has to check these traps repeatedly to find out about the infection, and when one has to spray the trees with the right chemicals.

藥物骨架Chromeno [4, 3-b] pyrrolidine的合成方法之探討

Chromene(色烯或苯並吡喃)或chromane(色原烷或2.3-二氫苯并哌喃)及pyrrolidine(吡咯烷)的衍生物是許多藥物和具有生理活性天然物的重要結構單元。含有chromene或chromane的化合物在消炎、抗真菌的研究中表現出良好的活性,而pyrrolidine出現於尼古丁等化合物中。本研究利用亞胺葉立德前驅物與米氏酸衍生物在鹼性催化劑的作用下,篩選出溶劑、催化劑、當量數,找出合成Chromeno [4,3-b] pyrrolidine產率最高的條件。利用此優化條件,改變不同的受質,在苯環上改變不同取代基,探討其反應性,增加其未來應用的多樣性,嘗試利用掌性催化劑,合成出具有光學活性的產物,並建立資料庫。

The critical role of the first discovered detached pharynges during the successful predation of Penghu Oyster Leech

澎湖牡蠣養殖受扁形動物危害嚴重但缺乏相關研究。本研究首次採集活體澎湖蚵蛭Stylochus ( Imogine ) orientalis splendida Bock, 1913進行捕食行為研究。觀察澎湖蚵蛭捕食過程分為攻擊期、捕食期和消化期,並首次報導攻擊期中發現新型的離體咽。離體咽具負趨光性( P <0.01 ** )能朝向牡蠣殼內暗處移動,使其開閉殼頻率與死亡率增加。離體咽也顯著影響文蛤死亡率 ( P <0.01** ),20條以上離體咽即可導致文蛤死亡率 60% 以上,造成文蛤外套膜萎縮,且與數量呈高度正相關 ( R2 = 0.964 ),外套膜切片顯示離體咽可導致外套膜肌肉變細且形成許多空洞。經離體咽均質和硫酸銨沉澱法萃取蛋白質後,通過SDS蛋白質電泳比較澎湖蚵蛭離體咽、咽、與其他部位的粗萃物,分離出目標蛋白質,以MALDI-TOF質譜儀分析分子量約為10 kDa。證據顯示離體咽是蚵蛭成功捕食牡蠣的重要關鍵,亦是海洋扁蟲從未被報導過的新行為。

利用共生菌與小球藻建構不須添加培養基且能日夜發電的長效生物光伏電池

¬生物光伏電池(BPV)是一種利用光合自營生物進行光電能量轉換的發電裝置。本研究利用共生菌G76創造不須補充培養基的固態複合型BPV。我們以陽極只含小球藻的BPV為控制組(X-C),發現在實驗開始24小時之後,BPV電壓開始隨著光照週期產生規律變化,前三個光週期電壓高峰平均值為116.23±2.92 mV, 谷底平均值為87.96±4.48 mV,波動幅度28.27 mV。實驗組為陽極有小球藻與共生菌G76的複合型BPV (X-CG),同時期電壓高峰平均值為109.23±2.45 mV, 谷底平均值為100.63±0.9 mV,波動幅度8.6 mV。與X-C相比,添加G76會使電壓高峰下降6.02%,但提高谷底電壓14.4%且縮小電壓波動幅度69.58%。目前X-CG已運轉超過1032小時,電壓高峰為95.2mV,衰減幅度19.35%。同時期控制組X-C電壓高峰已下降至61.1mV,衰減幅度90.22%。實驗過程中我們發現在X-C及X-CG組別運作73小時後, 在陰極區都出現了紫黑色微生物(PB1),同時這些被汙染的BPV的電壓明顯比其他組別更高,將BP1單獨培養並引入陰極後(P-CG), 此一BPV的電壓高峰平均值高達179.3±3.66 mV,谷底平均值則為162.37±1.38 mV,都比X-CG組提高近六成。更重要的是X-CG與P-CG分別能保持日間電壓的92.13%與90.56%,都是非常穩定的BPV。 由以上結果可知, 將共生菌G76加入BPV陽極能提高日夜間的供電穩定度並延長裝置使用壽命,而將PB1引入陰極則能使BPV電壓提高六成以上。若能進一步優化應用這些共生菌, 此種低成本複合型生物光電轉換裝置將有潛力建構出一套不須儲電系統的太陽能發電系統。