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2021年

群魔亂舞的水精靈──探討滴簇在熱水表面的物理現象

本研究探討滴簇的性質與行為,高溫穩定水溶液表面上會有一層水霧般的霧滴層,像是平貼飄浮在水面上,此水滴群為「滴簇」。本研究拍攝下熱水表面的滴簇,並使用ImageJ、Python分析滴簇粒徑等性質以建構物理模型。 藉雷射光凸顯滴簇,觀察滴簇的形成與消失過程。利用被雷射打亮的滴簇在水面的倒影,測量滴簇距水高度。滴簇由5~15μm厚蒸氣層撐起漂浮在水面上,水溫越高,蒸氣層越厚。華(繞射光像)半徑取決於水滴粒徑,本研究分析陽光經水面反射通過滴簇形成的華,測量滴簇粒徑10~20μm。由以上實驗推測:滴簇是高溫蒸氣層接觸低溫的室溫空氣凝結成,溫差愈大凝結量越多,粒徑、數量隨之上升。滴簇會因對流、氣流擾動集體離開水面,留下一道滴簇少的空隙,此現象為「絲狀剝離」。滴簇剛形成時粒徑小,吸收水氣後變大,因此絲狀剝離帶上少許滴簇皆是粒徑較小的滴簇。

初探渦蟲RNAi的作用機制與限制

核糖核酸干擾 (RNA interference, RNAi) 被廣泛應用在以渦蟲為模式生物的相關研究,其中一種進行RNAi方法是利用餵食渦蟲雙股RNA (dsRNA) 的方式達到 RNAi 的目的,但所餵食的dsRNA只在渦蟲腸道中存在餵食後的4天內。dsRNA究竟如何從渦蟲腸道進入組織中以及RNAi於渦蟲的詳細作用機轉尚不明確。 tgs-1的表現限定於渦蟲成體幹細胞 (pluripotent stem cells, PSCs) 中的前驅幹細胞— cNeoblasts中,可利用 RT-qPCR (Reverse Transcription-Quantitative Polymerase Chain Reaction) 來定量檢測渦蟲tgs-1基因的表現差異。tgs-1基因的產物是一種膜蛋白,為cNeoblasts的標記 (marker) 之一,因此選擇其作為探討RNAi基因緘默 (gene silencing) 效率的目標基因,未來可以應用於渦蟲幹細胞與再生相關研究。 本研究利用RT-qPCR檢測tgs-1的表現量,探討餵食dsRNA在東亞渦蟲Dugesia japonica的RNAi作用機制與效率。實驗發現,六次的dsRNA餵食比餵食2次或4次有更好的效率、餵食不同長度的dsRNA對RNAi 效率沒有顯著影響。tgs-1的基因緘默作用也會影響其他基因的表現,包括少量增加Ago2的表現量,明顯提升gata的表現量,然而piwi-1表現量明顯降低。除此之外,透過胺基酸序列比對發現渦蟲與線蟲SID-1同源基因具有相當高的相似度。 由實驗結果結論多次dsRNA餵食可提高基因緘默的效率和dsRNA 的 3' 序列在RNAi中的關鍵角色。tgs-1 RNAi也影響Ago2、gata 和piwi-1的表現,這些基因與RNAi的機制和dsRNA的攝入量有關。未來將進一步探討dsRNA是如何通過渦蟲腸道、是否透過SID-1蛋白攜帶進入體腔中、dsRNA在渦蟲體內的切割與作用位置和胞吞作用在RNAi所扮演的角色等問題,相關實驗仍在進行中。 本研究結果將有助於了解餵食渦蟲dsRNA經由渦蟲腸道進入體內細胞引起RNAi現象的機制,除了能比較扁形動物RNAi系統與其他物種,例如哺乳類細胞、果蠅、以及線蟲RNAi的作用差異之外,更能有效應用於於探討基因參與渦蟲再生與體軸形成的發育的研究上。

應用牛血清蛋白的光交聯性質製作液體繃帶

此研究主要在開發可包容藥物、可客製化且可黏著在皮膚上的液體繃帶的新方法。我們將脈衝雷射光聚焦於混有光感物質的血清蛋白,利用光化學交聯原理,在玻璃基板上製作出微米尺度的蛋白質膠體。我們先最佳化溶劑、焦距及照射時間。接著利用配有精密移動平台的光學顯微鏡,控制照光位置及照光時間。光學顯微影像清楚呈現膠體之形貌,展現可製作成微米尺度之蛋白質膠體陣列或設計之文字圖案。接著以綠色螢光分子模擬藥物,嘗試製作包容藥物的蛋白質膠體。穿透光影像顯示模擬藥物不會改變膠體之形貌,而綠色螢光影像則證明模擬藥物已保留在蛋白質膠體上。最後我們將蛋白質膠體陣列製作為液體繃帶,並成功將蛋白質膠體轉移且黏於模擬人類皮膚的豬皮上。本研究展現進一步發展為大面積、可客制膠體陣列、可摻入藥物的液體繃帶之可能性。

蝴蝶仿生拍翼機設計製作及飛行之流場與動態分析

本研究以仿生微飛行器為標的,選擇以蝴蝶為仿生對象,期望妥善發揮其低振翅頻率、高靈敏度等優點,製作拍翼機,並觀測其拍翼動態與流場進行設計改良。 首先對8種蝴蝶進行動態分析,經過拍攝、標點、程式撰寫等步驟分析其飛行動態並呈現在三維空間中,觀察得到拍翼振幅、拍頻、上下拍時間比等數據,作為拍翼機設計之依據。接著以大鳳蝶為設計基礎,使用3D列印並結合生活材料,經過六代的改良,製作出與大鳳蝶拍翼動作相近的拍翼機。最後以PIV可視化技術,使用氧化鋁粉末與綠光雷射紀錄流場的變化,並利用matlab的套件PIVlab進行分析,接著觀察到昆蟲飛行的特色:翼前緣渦旋貼附與夾翼造成的射流。 本研究整合了生物觀察、機械工程、流場分析等領域,並已完成雛形的設計與製作,而我們希望動態與流場分析的數據能夠作為未來改良之依據。

銅化合物細紋間距變化與散射光偏振態之關係與探討

45 度線偏振光入射銅化合物所得散射光為線偏振,銅片直立或橫置,在同一光源下,相對位置亮暗趨勢相似,故銅片上顏色變化非薄膜干涉。圓偏振光入射晶體,不同照相角度所得散射光強度、偏光軸偏轉及偏極化等變化,可推知為雙折射晶體。控溫定量供氧的均質銅化合物晶體,其散射光偏振態偏向圓偏振,因細紋、粒徑等因素,造成偏極化變化。 溫度梯度變化造成銅化合物晶體折射率及介電係數改變,為散射光強度、偏光軸偏轉及偏極化變化的主要因素,經由理論模擬更可得知散射光偏振態的細微變化;不同波長入射相同銅化合物晶體,所得偏光軸偏轉有極大差異,且變化不同波長的光強度所造成偏極化現象及晶體吸收率各有不同。 故不同波長的光進入銅化合物雙折射晶體時,因散射光強度變化、偏光軸偏轉差異、偏極化、取值角度及吸收率不同,晶體會有顏色差異及色彩變化。

探討芽孢桿菌FZB42對植物病原菌拮抗之分子機制

植物病原菌為造成台灣農業生產損害的一大威脅,近年來隨環保意識抬頭,生物防治更顯重要。本研究旨在探討芽孢桿菌FZB42 (Bacillus velezensis FZB42)中,影響對植物病原菌拮抗作用的基因序列,主要選取馬鈴薯瘡痂病菌(Streptomyces scabies PS07)做為本研究植物病原菌的受試對象。 研究中以跳躍子TnYLB-1隨機插入FZB42之基因體,破壞基因的表現能力,並以對峙培養實驗(dual culture experiments)分析其對植物病原菌的抑制圈半徑大小,觀察其拮抗效果的變化,後續以反向聚合酶連鎖反應(Inverse PCR; iPCR)技術確認跳躍子插入所破壞的基因序列,進而探求其對於植物病原菌拮抗的分子機制。 本研究初步篩選出五株FZB42突變株(mutant),於對峙實驗中分析得知其對S. scabies PS07的拮抗效果較FZB42野生株顯著降低,推測該突變株內受跳躍子插入破壞的基因與其拮抗作用相關。再透過iPCR確認該基因的序列,經資料庫比對,推論此基因最有可能為「可產生蛋白質LoaP以促進菌體內基因簇(difficidin gene cluster)產生抗細菌物質的基因」或「藉光遺傳學控制調控菌體生長的基因」。本研究探究FZB42拮抗病原細菌S. scabies PS07的機制,得證抗細菌基因與芽孢桿菌FZB42拮抗馬鈴薯瘡痂病菌Streptomyces scabies PS07之分子機制具有一定關聯性。 期望透過本研究對此拮抗機制的結果,應用於抑制馬鈴薯瘡痂病菌對作物的威脅,提供未來生物防治領域的參考。

利用次世代基因定序技術探討我國急性腹瀉患者之腸道菌叢表現

依據世界衛生組織2013年調查研究顯示,全球每年約有29%的孩童 (超過兩百萬名) 因腹瀉及肺炎而死亡,而在我國腹瀉群聚亦佔傳染病防治之大宗,尤其2020年受新冠肺炎(COVI-19) 疫情影響,台灣民眾均留在國內旅遊,腹瀉案件急速增加,且因適逢旅遊熱門旺季加上中小學開學之際,經常出現規模上百人的腹瀉群聚,危害民眾健康。現階段急性腹瀉病人的治療多以支持性療法為主,然而目前應用糞便移植重建腸道菌叢已是包括癌症在內的重症醫療方向之一。本研究應用次世代基因定序技術偵測微生物16S rRNA 的高變異區域進行急性腹瀉患者腸道微生物菌相組成、菌種豐富度分析及菌種鑑定,希望透過偵測急性腹瀉患者的腸道微生物相分析有助於理解腹瀉患者與健康人體腸道菌叢的差異,可提供未來臨床治療參考,亦可藉此推動從家庭到社區的全民健康促進,打造健康優質的生活品質。

變動磁場下磁浮振盪的運動分析

此研究期望找到穩定磁浮的方法及探討產生磁浮振盪的變因。首先利用吸附上鐵材的磁浮體,觀察其造成的磁浮減震。實驗過程藉由變動磁場,發現週期性變動的磁通量對鐵磁體的磁化及渦電流產生影響,進而改變磁振盪振幅。本實驗也利用了磁場的橫向位移帶動轉動中的磁浮體,藉此觀察磁浮體轉動對磁浮穩定的影響。研究結果得知磁場的交變頻率越大,會導致磁浮體所受斥力增加且鐵磁體形成的減振效果減緩。而磁浮體的轉速越快,周圍磁路分布越平均,越容易穩定隨載具移動。

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。

Process of making a new eco-friendly membrane

本研究目的是為了更了解海藻膠製成的膠膜於食品包裝的應用。我們將此膠膜命名為新型環保非塑性保鮮膜。實驗顯示,環保非塑性保鮮膜的成功取決於甘油和醋酸的關鍵比例成份。我們以適當比例的甘油,醋酸和海藻膠糊液,能夠控制薄膜的流動性和柔軟性。藉由透明度、穿刺強度、拉伸強度和伸長率的物理性能測試,我們的研究證明,新型保鮮膜具有初步商品化之水準。環保非塑性保鮮膜之水活性值遠小於0.6。在實際應用上,「自製新型保鮮膜」包裝功能特性、包裝視覺效果甚佳,並具備優良的冷藏保鮮效果,而且不用擔心因保鮮膜接觸油脂、蒸煮或微波加熱處理所衍生的食安問題。「自製新型保鮮膜」之水活性值遠小於0.6,因此,常溫下具有相當好的貯藏性。最後,經3週掩埋測試,證明「自製新型保鮮膜」之腐敗性甚佳,是一種對環境十分友善的環保材質。