全國中小學科展

2020年

偵測注音文密碼強度之研究

密碼為我們生活中常見的一項工具,它可以為我們保護我們的隱私,以免受到別人侵犯,但也同時間出現許多問題,例如:若密碼太過單純會使密碼的功能失去意義,讓其他人可以輕易存取使用者的資料。 在臺灣,注音文密碼是十分常用的密碼,因為它乍看像亂碼,其實有一定的規律存在,而這些密碼,卻容易被判斷為安全的密碼,因此,我們希望可以將這個問題改善。 在研究中,我們先研究密碼強弱,再探討注音文密碼中在一般密碼中的比例,最後達成我們希望的目標—寫出一個可以偵測加入注音文策略的程式。在研究中,我們亦討論各個密碼演算法的優點及缺點,以找出可以最準確判斷的程式,並在研究的最後,提出可以將這套方法擴充至其他語言或是輸入法的可能性。

吹氣致冷現象的機制探討

人們在日常生活中總會察覺,當以嘴巴對著皮膚快速吹氣時,皮膚表面會覺涼涼的;但若是張口緩緩哈氣,則皮膚表面卻會感覺溫熱。為了量化這個現象的成因,作者先以口腔實際吹氣來進行初步的測量與研究,接著以自製器材模擬口腔吹氣的情況來操作實驗。我們探討了吹氣時不同的出口風速、不同的口腔氣溫及環境溫度的條件之下,目標物表面的溫度變化。這個現象會涉及氣體的膨脹降溫,以及氣流抵達目標物之前與環境中空氣的混合效應;最後還測量了吹氣時目標物上含水量減少的蒸發降溫幅度。本實驗提供了大量的實驗數據,明確且定量的證明了上述吹氣致冷的主要成因就是「氣流引入」效應,當口腔與手心相距10公分快速吹氣時,抵達手心的氣體中約有95%是環境中原本的空氣,所以皮膚才會感覺冰涼,而「絕熱膨脹」及「蒸發降溫」的影響則都比預期中小了很多。

製備超疏水性修飾石墨烯海綿應用於廢油回收

本研究使用聚胺基甲酸酯海綿為基材,藉由在表面吸附石墨烯材料使海綿具有超疏水性,使其能從水中有效分離出油類,達到油水分離的效果。我們研究出簡易自製氧化石墨烯的方法,並使用自創的照紫外光乙醇法將其還原成還原氧化石墨烯,接著吸附在海綿上,再使用十三氟辛基三乙氧基矽烷修飾石墨烯海綿,使其鍵結上具有超疏水性官能基。藉由測量海綿表面與水珠間的接觸角,我們找出了製做超疏水性海綿的最佳條件,最終完成了矽烷修飾還原氧化石墨烯聚胺基甲酸酯海綿(FS-rGO-PU Sponge)。 本研究超疏水性海綿的製程簡易、成本低且符合綠色化學,同時具有單位體積吸油量大,可多次重複使用等優點,我們除了測試其對食用油、礦物油的回收能力,並製作成可連續分離油水的裝置,可應用在工業、家庭廢油及海上油汙的回收,甚至可做為空氣清淨機或排油煙機的濾網。

改良鐵氧體法利用配體去除含鉻廢水

鐵氧體是一種有特定晶體結構的複合氧化物,不溶於酸、鹼、鹽溶液和水。 鐵氧體法是目前較高效率、低成本處理六價鉻廢水的方法,該方法是利用亞鐵離子提供的電子將水溶液中的六價鉻還原成三價鉻,三價鉻取代鐵離子進入鐵氧體晶格後,形成鉻鐵氧體並沉澱。但在此過程中亞鐵離子只能提供一次電子,無法再次還原六價鉻。 目前已有文獻利用鐵氧體法達到99.68%的二鉻酸根去除率(1)。而在另一份文獻中指出,藉由亞鐵反應後形成的鐵離子與特定配體螯合,配體會釋出一個電子並使其再次還原成亞鐵離子(2)。根據這份文獻所指出的反應對鐵氧體法做出改良,進而達成亞鐵離子重複利用。目的是利用較少的亞鐵達到一樣甚至較高的去除率。 在我們的實驗中選擇了兩種配體。第一種是2,2'-聯吡啶,其是根據文獻的特定配體中選擇。第二種是乙二胺四乙酸二納,選擇它的理由是其對環境的危害較小。

『冰清欲結』-探討不同條件溶液結冰時溶質匯聚現象的差異

我們發現有些水溶液結冰後會推擠溶質到中央匯聚成顏色較深的區域,但有些溶液卻不會,到底是什麼原因造成此現象的差異?於是我們操縱各種變因來觀察它們對溶液結冰時溶質匯聚表現的影響。 實驗發現並非所有的濃度都會匯聚;不同溶質的匯聚情形也不同;水質所含雜質越多匯聚效果越差,且結冰後氣泡分布也各有特色;上下等寬的容器呈角錐狀匯聚,下窄上寬的容器則為柱狀匯聚;先結冰的地方會推擠溶質到後結冰的地方且結冰速率越慢匯聚程度越好;最後我們利用保麗龍包覆+重力方向來控制結冰順序使冰晶推擠力達到加倍的效果,再透過自製離子濃度檢測器發現冰塊中溶質匯聚區的濃度並非均勻一致,而是依結冰的順序而有低、中、高的「濃度梯度」現象。

PP5-AMPK Pathway mediates Palbociclib-induced Cell Death in Lung Cancer

肺癌是目前全世界首要致死的癌症。雖然現有的標靶治療與免疫療法已經改善某些病患的情況,但有許多病患仍無有效治療方法。因此,我們急需探求新的藥物治療方法來改善肺癌治療的成效。 在此我們選擇一個新標靶藥物Palbociclib來進行研究,Palbociclib 是剛核准的乳癌藥物,主要是藉由抑制CDK4/6來延緩乳癌生長。我們發現Palbociclib能有效地抑制肺癌細胞株的生長和死亡。特別的是,Palbociclib不僅誘發肺癌細胞凋亡(apoptosis),亦誘發肺癌細胞自噬死亡(Autophagy)。因為AMPK能同時影響細胞凋亡與自噬死亡,我們進一步研究AMPK在Palbociclib誘發癌細胞死亡中的角色,發現Palbociclib主要是藉由抑制去磷酸酶PP5的活性,來增加AMPK的磷酸化,進而活化AMPK,誘發肺癌細胞產生凋亡與自噬。這些藥效原非抑制CDK4/6會產生的作用,我們發現Palbociclib藉由調控PP5-AMPK路徑以誘發細胞死亡。希望這些研究結果能幫助肺癌的臨床研究,以造福病患。

水力懸浮運動及其特殊進動現象之研究

觀察到圓球及圓盤在水柱上懸浮(Hydrodynamic Levitation)之特殊情形,本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現圓球放置高度並不會影響其最終平衡高度,而水柱高度與圓球平衡高度則呈線性關係;水柱流量愈低,不同於我們實驗前所想像的,其最終能平衡的水柱傾斜角度反而越大;隨水柱傾斜角度愈大,平衡高度即隨之增高;圓盤轉速與水柱切線速度大致相同,透過此結果,我們推論出造成此現象的主要原因,是因附著於圓球上的水對其產生的附著力,而與一般人猜測的康達效應(Coanda Effect)較無關連,我們從而深入分析此現象的細節,並得出一些意想不到的結果。本研究中,最為特別的是,實驗中遇到的奇特進動現象,看似複雜、無規律的運動,我們透過高速攝影機,深入觀察此一系列特殊的進動,竟發現其中規律的運動規則,所以我們進而推論其力學特性,藉以解釋此現象形成原因。

殊途同歸—無既定模式中英文混合輸入

本研究旨在設計一個使用模式,以不切換中、英文輸入法打字的原則之下,能夠完整的自動辨識出一個包含中文(注音、嘸蝦米、倉頡)與英文完整句子。經實測結果,正確率達到94.23%以上。

台灣萍蓬草兩型葉發育與植物激素ABA與GA關係之研究

台灣萍蓬草為台灣原生種水生植物,其葉片因應環境變化改變型態的現象稱為兩型葉(heterophylly leaves),本研究旨在探究此植物的兩型葉性質差異與演化脈絡。我們比較野生型與實驗室培養的台灣萍蓬草兩型葉間形態與生理差異,而後對其外加植物激素,比較不同刺激下葉片之生成形態。 我們發現台灣萍蓬草水上與水下葉為了適應不同的環境,發展出許多不同的特性。接著藉由實驗我們得知水上葉的內生ABA含量較水下葉高。在外加激素實驗中,我們發現在其他植物常呈拮抗的GA與ABA,對台灣萍蓬草的影響為:外加兩種激素後生長出來的葉片構造皆趨近於水下葉,而外加兩種激素雖皆會抑制葉片中的葉綠素a含量,但並未趨近水上葉或水下葉。 過去的論文顯示,水生植物並非在水中獨立演化,而是在水陸之間多次交替演化,我們期望以台灣萍蓬草於Nuphar屬之特性,並透過兩型葉作為種屬特異性的比較工具,進一步了解這段演化過程。

以線蟲模型探討核醣核酸結合蛋白MSI-1如何影響微小核醣核酸let-7調控lin-41路徑

癌症是世界性的嚴重疾病,長年位居國人十大死因之首。而基因調控的失控是造成癌症的主要原因之一,由先前的文獻已知,微小核醣核酸let-7負向調控下游基因lin-41是調控細胞週期及癌症發展和預後的重要路徑。由於此調控路徑具有演化上的保守性,本研究以較易操作實驗的秀麗隱桿線蟲為生物模型,透過RNAi 的方式,降低特定基因的表現,觀察是否影響與let-7/LIN-41調控路徑相關的突變性狀,來推測該基因是否參與此路徑相關之細胞週期調控。 本研究中,我們發現以RNAi降低核糖核酸結合蛋白msi-1的表現量可抑制let -7(n2853) 突變種線蟲中因let-7功能缺失所造成的接縫細胞的重複分裂的突變性狀,並增強對下游基因col-19的活化調節。我們推論,降低msi-1表現量可以提升let-7路徑的功能。我們期望可以藉由研究msi-1如何調控此路徑的機制,更加了解MSI-1此一核糖核酸結合蛋白對於細胞週期的控制,並提供未來癌症標靶藥物的重要參考。