全國中小學科展

依國際科展年度查詢

2021年

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。

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。

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。

重金對抗-重金屬對水蘊草抗氧化活性之研究

本研究採用水蘊草做為水生植物材料,以0.1%、0.5%的鎂離子、鈣離子與銅離子為培養液,於一般光照、全光照與全黑暗的環境下,分析溶氧量、葉綠素a、總抗氧化活性與CAT活性的分析。 所得結果發現低濃度、高濃度的鎂離子、鈣離子在光照的環境下都可以提高溶氧量、提高葉綠素a含量、提高總體抗氧化活性與CAT活性;而銅離子對於水蘊草而言可能是種傷害,都會降低溶氧量、降低葉綠素a含量、降低總體抗氧化活性與CAT活性。

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。

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。

Ferrofluid──流體與磁場之研究

鐵磁流體是一種新型的功能材料,同時具有液體的流動性和固體磁性材料的磁性,由微奈米磁性顆粒、界面活性劑以及載液混合形成的膠體液體。本報告探討製備鐵磁流體的方式及過程,比較各種不同鐵磁流體製備方法的優缺點。並在化學共沉法中改變滴入氨水的稀釋 pH 值與其速率,建立一套標準稀釋氨水 pH 值量表,並探討其對產率的影響。 外加磁場也為操縱鐵磁流體的重要因素之一,本研究使用低成本自製磁力測量裝置測量不同磁鐵及不同角度、位置的磁力大小,並用其測量數值繪製多張圖表進行分析。從對磁場研究的過程也發現鐵磁流體在受磁鐵吸引時會產生類似泰勒錐之錐體,架設自製觀測設備,觀察多種變因對錐體行為之影響,同時對錐體進行數據分析。此點乃為本研究提出創新科學設計。

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?

以酵母提升低溫環境下厭氧固定生物系統 Improvement of low-temperature anaerobic immobilized bioreactor via co-feeding yeast

厭氧生物反應較好氧處理系統,操作成本低、耗能低、少污泥,亦生成甲烷產能,可將污水轉換為能源生成。然而常溫菌(30-40°C)代謝活性陡降於15°C,也降低了COD去除率。因此,厭氧生物系統被應用於長年高溫的熱帶及亞熱帶地區,而非較高緯度地區。厭氧生物反應限制於溫度<15°C的環境如何維持COD去除率,進而導致厭氧系統難以全球廣泛應用。本研究採用額外添加的兩種酵母(Saccharomyces cerevisi 和Saccharomyces pastorianus),觀察在低溫下可否有效提升厭氧系統溫度。而添加的酵母亦可藉由增加COD去除率,提升氣體產物CO2、CH4之產量。 在本研究中,於低溫控制厭氧生物系統添加酵母試驗 (1)反應槽系統溫度平均增加4.22°C (2) COD去除率增加9.99%,氣相CH4增加2.9%,CO2增加9.7%。於常溫操作添加酵母試驗 (3)氣相CH4增加8.7%,CO2增加6.2%,(4) COD去除率則增加3%。研究結果驗證於低溫及常溫環境,酵母發酵可有效促進酸化反應,進一步影響甲烷生成。而添加酵母於厭氧生物系統的操作,可有效提升COD去除率及甲烷含量。添加酵母於厭氧生物系統之操作有低成本、生成甲烷產能的優點,將可提升在稍高緯度國家的使用優勢。