全國中小學科展

2021年

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。

圓例覺醒

平面上,P點為△ABC內部任意一點,(AP) ⃡、(BP) ⃡、(CP) ⃡分別交△BPC、△CPA、△APB這三個三角形的外接圓於A'、B'、C'。若△ABC為銳角三角形,則¯(PA')/¯PA⋅¯(PB')/¯PB⋅¯(PC')/¯PC≥8,等號成立時若且唯若△ABC為正三角形,此外,並以三角形的三內角來表示P點為費馬點、外心、內心、垂心、重心時的確切比值;接下來推廣至n維空間,當P為任意n維n -單體A_1 A_2...A_(n+1)內任意一點,(A_1 P) ⃡、(A_2 P) ⃡、…、(A_(n+1) P) ⃡分別與n維n -單體P-A_2 A_3...A_(n+1)、P-A_1 A_3...A_(n+1)、…、P-A_1 A_2...A_n的外接n維球交於A_1'、A_2'、…、A_(n+1)',滿足∏_(k=1)^(n+1)▒¯(PA_k')/¯(PA_k )≥n^(n+1),等號成立時若且唯若¯(PA_k')/¯(PA_k )=n,k=1,2,...,n+1,其中n≥2。再藉由任意點的結論,可以應用於直接生成或快速解出許多特殊類型的三角函數不等式。此外,從主要的不等式還可以得到∑_(k=1)^(n+1)▒((A_k P)┴⃑)/(A_k A_k')┴⃑ =1,此時P點為n維空間中任意一點,最後,我們把圓改為圓錐曲線,再進行線段比值的探討。

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。

香杉芝誘導黑色素癌細胞凋亡與自噬性死亡

香杉芝(Antrodia salmonea)是台灣特有的食藥用菇,具抗血癌、抗發炎及抗動脈硬化的功能。我們研究發現,香杉芝發酵液會誘導人類黑色素癌(A2058/A375)細胞毒性;比較香杉芝抗癌活性發現毒殺A2058強於A375細胞。我們亦發現,香杉芝作用黑色素癌(A2058)細胞,會誘導晚期凋亡(Annexin V-PI 雙染法)、Caspase-3增加及PARP裂解;產生自噬酸性囊泡(AVO)、促自噬蛋白LC3-II增加。加入細胞凋亡抑制劑 Z-VAD-FMK及自噬抑制劑3-MA/CQ可保護香杉芝誘導癌細胞死亡。此外,香杉芝會誘導黑色素癌細胞Bax/Bcl-2及Beclin-1/Bcl-2比例增加。推論,香杉芝可同時誘發黑色素癌細胞凋亡(Apoptosis)及自噬性死亡(Autophagy)。香杉芝會誘導黑色素癌細胞活性氧化物(ROS)生成;抗氧化劑N-acetylcysteine可減緩香杉芝對黑色素癌細胞毒殺。推測,香杉芝是透過ROS來殺死黑色素癌細胞。我們亦發現,香杉芝可與抗癌藥物Paclitaxe對黑色素癌細胞產生協同作用(CI<1)。總結,香杉芝發酵液具抗黑色素癌功效,可開發成抗癌的藥品/保健食品。

阿緹米絲的舞步-討論月球複雜又多變的軌跡

阿緹米絲(月神)所代表的月球自古就是人們關心的對象,本研究的主題就是探究月球在天空複雜又多變的軌跡。一開始我們研究月亮盤,在給定農曆日期及觀察時間後,月亮盤就能知道月球大概方位,可是沒有正確的方位角及仰角。接著我們利用氣象局網站月出、月中天、月沒資料進行研究,發現月球軌跡在天空中南北方向約有27.3天的變化週期(而太陽軌跡有365.25天的週期),太陽、月球兩者的軌跡就像在天空南北方向作簡諧運動,只是振幅和週期不同。再來我們利用天文年鑑列出的月球的位置資料,歸納出月球黃經、黃緯的計算公式,可計算出月球在天空的位置,最後我們找出用太陽、月球的黃緯、黃經相交範圍及作圖法來預測日月食的發生。

介電潤濕機制探討及應用-水電車

將液滴置於鋪上介電層的電極板,接上電壓時,液滴因表面張力及接觸角產生變化而移動,此現象被稱為介電潤濕,其裝置能讓生醫等產業進行精準的微量藥物配置。為了探討此現象原理及改善裝置,本研究測量液滴位於不同電壓之電極板上方時,液滴接觸角及介電層厚度;透過數值模擬計算系統總能量、視覺化系統的電位空間分布,並計算電容,以能量角度模擬液滴移動模式;對於平面式裝置在長時間移動水珠後,產生水珠移動速率趨緩,甚至朝反方向移動的現象給予解釋;改良文獻中平面式和雙層式的電潤濕裝置,將雙層式上板改為導線。因為形狀酷似電車,因此我們稱其為「水電車」,此裝置保留高電容特性的同時,降低阻力。實驗證實其水珠移動能力優於平面式裝置,除了使液滴更好移動外,相較於封閉的雙層式裝置,開放式系統的特點能讓生醫研究人員更方便置換樣品。

水流曲面與初始物理量值關係之研究

在理想狀態下,由一個圓形且開口面平行於地面的水龍頭開口中流出的水柱會呈現一以 z 軸對稱、切面積往 z 軸負向遞減的圓形疊合曲面。此曲面形狀受到下列三種物理量值影響: 一、水流在水龍頭開口瞬間速度(在此稱之為初速度) v0 二、水龍頭圓形開口半徑(在此稱為初半徑) r0 三、重力加速度 g 為了更清楚瞭解此曲面性質及在不同狀況下(三種物理量值改變情況下對曲面的影響),故提出下列問題在研究中探討: 一、這三種物理量值,對曲面形狀的影響為何? 二、這三種物理量值,對曲面曲率影響為何?

全向型風力發電機設計研究

本研究設計十個實驗討論風力發電部件的效率,首先探討垂直型風力發電扇葉(Vertical Axle Wind Turbine, VAWT)結構如何搭配外部全向型導風罩充分利用風能。我們研究全方位來風皆能產生正向力矩的VAWT,並設計出只要有風就可以正轉的VAWT,此外並設計扇葉副翼增強發電效能。並探討如何搭配外部導流板(Guide Vane, GV)裝置加強扇葉轉動以獲致最佳發電效能,我們整合水平和垂直型兩種導風裝置,可以將全向來風(Omni-Directional Wind)皆有效引導至推動VWAT之正向力矩,與用於發電。我們製作的風力發電機體積小效率高能利用各方來風,可將風力發電化整為零達成自主發電的目標,非常適合臺灣都會區風力有限以及建築物密集的環境。

開發低水體高水壓養殖系統以優化養殖成果

水產養殖已成為本世紀重要的水產品供應源,多數水生生物需生長在一定的水壓下,才可穩定成長進而達到性成熟及產生子代,而陸池養殖無法產生相對應的水深壓力環境,導致水生生物成長及性成熟困難的困境。本研究提出創新的低水體(水深10.5公分、容量14公升)模式,使用加壓調壓器材、水冷機、過濾系統等自製一個密閉、具穩定調控高水壓、可觀測生物、穩定水溫及水質淨化再利用的循環養殖系統。以本系統進行高水壓(1 kg/cm2 ; 約10公尺深)及次高水壓(0.5 kg/cm2 ; 約5公尺深)分別養殖淡水螯蝦及海水白蝦,結果顯示此些生物皆呈現體色較深及成長速率較快的現象,證明此高壓系統有利其生長。本研究以環境友善為出發點,採用低水體壓力調控方式,營造水生生物適合的水壓環境,未來可應用於水生生物的性成熟養殖操控或特殊養殖等研究,預期將可多元發展且極具發展潛力。

語音情緒辨識之研究

情緒辨識是增進人際溝通的重要能力。如生命線、電話客服等應用情境缺乏表情、肢體語言等輔助時,單以語音進行情緒辨識有極高的實用價值。 本研究探討比較支持向量機(SVM)及卷積神經網路(CNN)兩種機器學習方法於訓練「AI語音情緒辨識」分類器模型的表現。我們採用SAVEE和RAVDESS兩個英文語音資料庫,並自行製作與標註「逼逼中文情緒語料庫」。研究結果顯示SVM對SAVEE資料庫單一情緒的辨識正確率達84~94%,個別錄音員正確率達75%,超越官網紀錄的73.7%。同時,實驗顯示深度學習的模型在訓練資料不足的狀況下,反而相對遜色。