全國中小學科展

2021年

菇光十色-秀珍菇中醣類與蛋白質含量探討

本研究選擇秀珍菇作為研究的題材,藉由不同波長(白光、藍光、綠光、紅光)與不同瓦數(9W、3W、1W)低溫型 LED 燈照射(每日12小時,共5天)菌菇太空包,發現在高瓦數(9W)的燈照下其生長最快、3W次之、1W最慢;另在藍光下,秀珍菇生長最茂盛-蕈柄最為茂密粗壯、蕈傘顏色最深,次為白光、再者綠光、紅光下的生長則最慢-蕈柄較稀疏且細、蕈傘顏色最淺。 接續將採收的秀珍菇(以低溫烘乾<40℃),取單位乾重(0.5公克)分別檢測其蛋白質及醣類的含量進行比較,其結果發現蕈菇在紅光下生長其含醣量較高、綠光次之、再者白光、末者藍光;而蛋白質含量由高至低依序為藍光、白光、綠光、紅光;相同色光不同瓦數下的含量分析結果顯示,含醣量以低瓦數較佳,蛋白質含量以高瓦數較佳。

五苯荑衍生物的多重螢光響應行為

本研究探討兩種五苯荑氟鏈取代衍生物(簡稱F5及F9)的刺激響應之特性及應用。F5及F9化合物粉末受到外力研磨以及蒸氣薰致時會產生力致螢光變色(Mechanochromism)及薰致螢光變色(Vapochromism)反應,我們選擇使用F5,利用放光光譜及PXRD對這兩種反應的機制進行探討。 再者,我們利用揮發法把F5及F9粉末製成晶體,以螢光顯微鏡照射340–390nm的紫外光,觀察F5及F9晶體的光致機械螢光變色(Photomechanofluorochromism)及F9晶體的光機械運動(Photomechanical effect),並利用放光光譜對其機制進行研究。 另外,我們將F5粉末長時間照射紫外光製備光二聚體(Photodimer),接著透過加熱使光二聚體熱回復回單體。再利用NMR測得各加熱時間下光二聚體與單體的比例,並由此推算出光二聚體熱回復性的反應速率常數。 此外,我們將F5混摻PEDOT:PSS,用drop-casting製成薄膜,觀察螢光變化,並討論其機制。 最後,我們結合力致螢光變色、薰致螢光變色和光致機械螢光變色,應用於多彩螢光繪圖。

以氮化鎵負載之ZSM-5觸媒行甲烷轉化為芳香烴之研究

本研究以沸石觸媒進行甲烷轉化之研究。以水熱法合成的ZSM-5為擔體,藉含浸法合成GaOX/ZSM-5與藉裂解硝酸鎵/三聚氰胺/ZSM-5的混合物合成GaN/ZSM-5。研究發現,這三種觸媒都具有MFI的特徵結晶訊號,且GaOX或GaN都能均勻的分散在ZSM-5內。然負載上GaOX或GaN的ZSM-5酸性基點會被置換,導致酸度降低。於700 oC下甲烷轉化的測試中發現,ZSM-5幾乎無活性,而GaOX/ZSM-5略低於GaN/ZSM-5呈現的轉化率。產物分布上,GaOX/ZSM-5產生大量的積碳;GaN/ZSM-5除了有部分的苯與甲苯外,最多的產物便是乙腈與氰化氫與。乙腈與氰化氫的產生意味著GaN具有活化甲烷的能力。本研究為甲烷轉化提供了一條新的途徑。

從天然物抓取微量抗癌藥物的工具之研究

本研究嘗試設計並合成出一具有特定結構之分子工具,期望利用化學反應的方式,以化合物結構的性質,與分子工具進行特定的反應,達到精準將目標具特定結構之少量化合物從巨量物質中分離的效果。 以苯環為基本結構,我們在反應中逐步加上我們所要的分子基團,以達成分子工具預期中的功能。在每一步的反應進行分離和純化之後,以NMR來觀察產物的結構與純度。以四步反應成功合成目標的分子工具後,我們以不同的方式測試其在葉片萃取液中大量化合物下的效果,證實分子工具能跟其中的特定成分產生反應,並被氟相溶劑分離出來,具有我們想要的部分功能。 在進行其他更進一步的測試之後,其可能可以成為一種新的方法,用於分離天然物中的一些目標化合物。

多維度空間中隨機漫步回到原點之方法數探討

隨機漫步是數學、物理學、化學、經濟學上常需要涉及和探討的問題,其中探討回到原點的方法數和機率是常見的研究方向。本研究嘗試列出不同維度之間回到原點的方法數遞迴關係,發現不同維度移動相同次數時,回到原點方法數為特定的多項式。 參考了文獻Counting Abelian Squares後,本研究證明了特殊的對應關係,得到了多維空間中回到原點方法數的漸近式。儘管並沒有直接以其他較困難的數學探討方法計算,但依據本研究之結論,已可算出多維度下回到原點之方法數 至於在有限空間中回到原點的方法數,本研究僅完成二維平面下,超出邊界不同次數各種情況的討論,並經由程式檢驗公式的正確性。

塑膠微粒對大型蚤生殖的影響

塑膠微粒常見於自然環境中,若攝入塑粒是否會對生物生存造成威脅?本研究以塑粒及小球藻餵食大型蚤(Daphnia magna),以螢光顯微鏡觀察大型蚤腸道並監測小球藻濃度以推測大型蚤攝食情形,並監測新生水蚤個體數。 研究發現大型蚤在濾食中會攝入塑膠微粒,在含0.08 mg/L塑粒的培養環境下大型蚤攝食量顯著減少。在含0.01mg/L的塑粒環境下大型蚤開始抱卵天數有延長、第一子代個體數會減少,且平均體長亦減少。若子代出生即放回無塑環境,可恢復生長情形。 在含0.01mg/L的塑粒環境下,族群大小有顯著減少且在0.08mg/L濃度下的族群在第七天全部死亡,也就是有塑環境對大型蚤生殖及生長確實造成影響。

煙燻水製造機運用於作物生長、疫病防治與肥力之研究

本研究目的主要是研發煙燻水製造機,第三代煙燻水製造機,採用稻梗燃燒室與噴霧式煙燻水產生室,製作並實驗說明煙燻水對農作物驅蟲、防疫、種子萌芽與肥力效果。結果顯示,第三代煙燻水製造機,生產之煙薰水品質穩定,且符合環保署空氣排放規定,其生成之煙燻水成分以氣相層析質譜儀檢測結果,共測得28種化合物,主要是醇、內酯、乙醛、酸、酮、生物鹼和酚類等。其中2(5H)-呋喃酮C4H4O2,可刺激小黃瓜種子萌發。酚類化合物C10H9N3O對抑制真菌生長有效,且在煙燻水添加甲殼素與鈣粉,有助於農作物幼苗成長。

整合姿勢辨識暨空間辨識以二維圖像實現三維空間物件相關性判定之口罩配戴正確性檢測系統

2019年新型冠狀病毒的大流行,佩戴口罩已成為全球防止飛沫傳播病毒成本最低且有效的方法,目前雖已有團隊針對口罩有無正確配戴提出解決方案,但根據收集的資料,目前針對口罩有無正確配戴解決方案通常是使用類神經網路YOLO進行實作,YOLO使用於口罩辨識雖可達到有一定的效果,但對口鼻密合度不佳的細微狀態常有一些誤判的現象,就算民眾有配戴口罩,但若未與臉部、口鼻密合,仍有50%的空氣洩漏機會,無法有效阻隔飛沫傳染,形成防疫破口。 而本研究在這樣的基礎架構下再整合目前最強大的姿勢辨識之一的OpenPose,針對口罩與口鼻密合度不佳的細微狀態進行更深一步地探討,以期達到更好的偵測判斷效果。本研究針對的改善的方向為當神經網路YOLO判定為有配戴正確的資料時,再利用OpenPose以及本研究開發出的鼻心物件演算法,就鼻部密合度做細部偵測,進行誤判修正,最後證實出本算法能篩出56.25%被神經網路YOLO誤判為有戴好口罩的資料,可顯著提升口罩配戴辨識精準度,減少形成防疫破口的機會。

青少年於寡勝賽局真人實驗之特徵研究

本研究聚焦於高中生在寡勝賽局中的真人實驗之特徵表現。研究共計132位參與者,以同時使用即時線上施測之方式進行實驗,研究者於雲端蒐集資料做立即提供勝負結果及歷史回饋。 研究結果如下: 一、 在真人實驗中,記憶長度、遊戲經驗、數學能力、策略改變率,皆未對勝率、浪費率造成顯著影響。 二、 在真人市場中,無法出現週期性、浪費率隨場次降低之現象;在時間序列上有趨中特性。即真人並非單純依照歷史資訊的推斷而進行策略選擇,且無法藉由經驗學習。 三、 在真人實驗中,無法觀察到平均收益隨場次增加而提升或浪費率隨場次增加而降低的現象,說明經驗無法使真人群體學習或成長。 四、 電腦代理人在部分增加記憶長度後,平均收益與原先呈現顯著差異,真人市場則無法達成。即資訊量多寡對真人的策略判斷與勝率沒有影響,真人對歷史資訊的取用並非如電腦選取策略表具有唯一性。 五、 無論在電腦模擬或真人實驗中,浪費率與平均收益皆呈現高度負相關,此與其定義亦有關聯。且浪費率為0%時,平均收益會趨近於50%。斜率接近-0.5。 六、 策略改變率並非以任何函數圖形影響勝率,說明了相信歷史與否不是唯一影響結果的因素。在青少年群體的真人實驗中,未發現歷史資料對勝率有顯著之助益。

探討胞外基質軟硬度對神經突生長發育的影響

文獻指出若神經導管能針對不同組織調整適切軟硬度,將更有效協助神經再生,因此,了解胞外基質軟硬度對神經細胞的影響和其感知路徑非常重要。本研究以神經母細胞瘤Neuro-2a進行研究,分析不同軟硬度基質上N2a細胞面積、神經突長度。結果顯示分化後N2a細胞在100 KPa基質上面積大且神經突較長,說明N2a細胞能偵測基質軟硬度並進行生長調控。同時,advillin、paxillin、myosin IIa和pFAK等細胞骨架蛋白於細胞本體表現量在不同軟硬度基質上有所差異,但未與神經突長度相關。生長錐上細胞骨架蛋白表現量於不同軟硬度基質上具有差異,且與神經突長度趨勢吻合,說明神經細胞透過調控advillin和細胞骨架蛋白在生長錐上的表現量影響神經突生長長度。未分化N2a細胞轉染pAdvillin-IRES-hrGFP和pS1S3-HP-FLAG後長出神經突,且根據基質軟硬度生長情形不同,但轉染pS1S3-HP-FLAG長出的神經突長度較短,說明advillin的nucleation功能在神經突生長扮演重要角色。