全國中小學科展

2021年

建立線蚓 (Enchytraeus sp.) RNAi實驗模式並探究Hedgehog基因對其生長與再生之功能

線蚓(Enchytraeus sp.)與蚯蚓同屬於環節動物門,具有很強的再生能力。Hedgehog(Hh)基因在兩側對稱動物中對體節發育有重要的調控作用,而先前研究中已發現線蚓體內的Hh基因序列,所以本研究希望利用調控線蚓體內Hh基因的表現,探討Hh基因在環節動物生長與再生中的功能。 本實驗首次嘗試將RNAi技術應用在線蚓上。將線蚓浸泡在含有Enc-Hh的dsRNA溶液中以操作RNAi。利用免疫螢光染色法發現Hh基因受到抑制後,線蚓新生體節神經的連接不完整,顯示Hh基因與神經發育有相關性。由於線蚓快速的再生速度、飼養容易、構造簡單及身體透明且方便染色觀察,透過線蚓RNAi技術的建立,除了能進一步探討Hh基因功能外,也希望提供再生研究時的另一種選擇方式。

香豆素(Coumarin)及其衍生物對人類胰島類澱粉蛋白(IAPP)聚集之影響

目前已有研究指出:胰島類澱粉蛋白(islet amyloid polypeptide;簡稱IAPP)的不正常堆疊與聚集,與罹患第二型糖尿病有很大的關聯。本研究使用一系列有機物香豆素(coumarin)分子,觀測其對胰島類澱粉蛋白聚集之影響;我們成功地自行合成出高純度的IAPP分子,將其與經光學性質篩選過的香豆素有機物,進行硫磺素-T動力學試驗,並輔以電子顯微鏡、圓偏光二色光譜進一步瞭解有機小分子對於IAPP結構之影響。實驗結果得知:具較高極性基團或取代基之香豆素系列分子,可抑制IAPP聚集成纖維;且具特定官能基結構者可有效改變IAPP之纖維型態。期待透過本研究探討有機分子與蛋白質作用之機制,進一步為糖尿病病症提供治療方法與途徑。

合成二維錫鈣鈦礦晶體用於提升太陽能電池效率

鈣鈦礦太陽能電池有易製造、質量輕且可撓曲等優點,是極具發展潛力之光電材料。本計畫以優化鈣鈦礦太陽能電池之吸光層為研究主軸,使用錫元素汰換電池中有毒的鉛元素,並以DMF/DMSO=4/1、轉速3000 rpm進行旋轉塗佈以製成晶體薄膜。為了改善晶體能隙,我們使用間隔物改變晶體排列方式,並摻雜銫離子改善材料之吸光性質。本研究發現當間隔物的比例越多,晶體較傾向水平排列且穩定性會提高,且以苯乙銨離子為佳;在間隔物為丁胺離子,若摻雜銫離子則可降低晶體之吸光能隙。目前我們已成功採用60%丁胺離子(間隔物),並添加20%銫離子合成出錫鈣鈦礦晶體,組裝成電池之光電轉換效率約為8.8×10-3 %,後續將持續改變晶體組成,以提升錫鈣鈦礦太陽能電池之光電轉換效率。

氣流引入效應及社交距離應用之探討

本研究接續前系列作品結果並聚焦於探討氣流引入的機制。由於溫度最容易測量,因此此份作品環繞於溫度變化的分析。作者首先以初步實驗測量氣流溫度變化並比較現實觀察結果印證實驗的準確性。接著,以進階實驗探討氣體在流動路徑上和在截面上的動向。在路徑上,氣體的總引入百分比(Px)隨氣流水平位移而變化,並在0~5公分符合對數關係及在5~20公分符合線性關係。此外,氣體的單位距離引入百分比(Qx)不隨水平向位移而明顯變化。另外,氣流在截面的分佈情形觀察與現實狀況相符。 最後,透過觀察不同密度氣體和分析實驗結果歸納出氣體的定量分析。而由於實驗發現當口徑為 0.4公分時,氣體釋出達18公分的過程中,初始氣團充分引入外界氣體,使得其性質相當接近周圍環境,若將此模型到用於更多口徑,可以應用於人群密集、空間有限的情形中,使人們能避免暴露於氣體可能觸及的位置,不僅可降低傳染可能性,也可使社交距離較能符合日常生活情境並增加其實用性。

原始點解決了角度偏心之研究

車床實習課程中,「角度偏心」技能於教科書資料不多,網路查尋資訊亦少,而此難度高技能所製作產品是迴旋轉直線運動曲柄軸機構所應用。 原始點分析為一種創作情境思維模式,此模式起源於問題產生時之因果關係。專題理論發想源自夾持偏心軸系定位關係及幾何學中「圓」切線性質。此發想讓我們研擬出兩項車製角度偏心核心調校關鍵技術;一是夾頭夾持軸系與工件維度所在軸系定義;二是工件量測位置定義。 依二項技術需求,本組設計出一套輔助定位模組;且經由實驗證明此模組貢獻度是解決車床角度偏心調校問題及對曲柄軸達成簡易快速定位角度量測功能。效度上明顯已達突破性調校應用。對於車床加工人員,提供調校操作簡易方便且精度控制顯著性高的選擇。

低維度新型材料量子傳輸

自從2010年諾貝爾物理獎原子層石墨烯及2016年的諾貝爾物理獎拓樸學,低維度新穎電子相成為材料界的一大課題,讓諸多科學家爭先恐後進行嘗試。而其中石墨烯擁有0.2~0.3 nm的厚度,電阻率為10-6 ᘯ-cm這項驚人的發現,學者紛紛期待發現更多與石墨烯相仿的材料。因為SnSe2二硒化錫為0.9 eV的間接帶隙半導體,在地球上的產量豐富,我們對其進行了諸如半導體,二維材料,電晶體特性等研究,我們發現SnSe2是一個不錯的低維度材料。我們針對SnSe2進行量測,經過實驗證實量測出hole-hole interaction以及Weak Localization的現象,這些都是超導的特性的重要性質。

高壓氧對動物的傷口癒合

本研究探討高壓氧治療對動物傷口的進程時間與皮膚創口的癒合品質。使用自行開發之動物高壓氧艙(1.4~3ATA),幫助流浪動物結紮傷口快速癒合,並救助傷口嚴重潰爛,瀕死的流浪動物。本研究選30隻體態相近之流浪貓,進行節育手術後隨機抽取15隻貓作為試驗組,其餘15隻貓作為對照組。試驗組在常規治療的基礎上,每天再採用1個小時的高壓氧治療,對照組僅採用常規治療,持續觀察兩組試驗動物的傷口癒合進程,其結果顯示試驗組無論是傷口癒合速度或瘢痕組織的平整度皆優於對照組,瀕死動物救治實驗,成功救活無法手術的流浪動物。

超不單純的群體旋轉

本研究透過遞迴式及數學歸納法探討 維空間中正多胞體(單純形、超方形、正軸形)之點、線、面的一般化結果。本研究利用頂點圖及線性變換-行列式的方法探討三維空間正多面體至 維空間中凸正多胞體之保距變換方式並使其一般化。另外,本研究也嘗試透過特徵多項式及隸美弗定理分析正多胞體旋轉之旋轉角度。

二種液滴之凝固現象探討

有研究討論過氯化銨溶液液滴在低溫接觸面,液滴凝固後的頂部出現了圓頂、尖頂、在尖頂部分生出如煙囪般的結構,並提出模型加以討論,但實驗中的部分觀察結果卻和文獻提出的結果有所不同。 本作品使用25nm之二氧化鈦粉末製成之奈米流體液滴置於疏水性冷面,在低濃度(0.5 mg/mL)時,頂端形成尖頂;但在濃度超過1 mg/mL,凝固時由於馬拉哥尼流動,造成頂部形呈圓形平台,且此平台半徑隨著濃度上升而增加,另外在平台外緣堆積數量可觀的白色顆粒。 實驗中針對氯化銨溶液液滴及二氧化鈦奈米流體液滴在凝固時的顏色分布、動態接觸角變化,及頂端各種特殊外形加以分析,並用Hele-Shaw cell裝置觀察2種液滴的二維凝固過程,分析2種液滴凝固現象之變化原因及頂部特殊形狀的形成機制。

超越極限的鋰離子二次電池

本科展在於改良鋰電池正極材料LiNi0.8Co0.2O2的物理性質及電化學性質。一般商業化的粉體材料,通常經由傳統的固態混合法,將Ni0.8Co0.2(OH)2與Li2CO3混合燒結而產生的材料粉體,此粉體呈現不規則的粒子形態及表面結晶顆粒不均。一般來説,不規則粒子內部有嚴重的結塊與橋構,這現象導致粉體有很多空隙及流動性不佳。此外,球狀粉體比不規則狀粉體容易覆膜均勻。因此球狀結構將變成一個改善材料粉體LiNi0.8Co0.2O2的期望方法,本科展利用共沉澱法製備球狀先驅物Ni0.8Co0.2(OH)2,然後再比較傳統的固態混合法,與本科展設計的溶液分散法及共沉析出法,三種不同方法所製備出來的粉體材料的優劣性,經過實驗證實,共沉析出法所製備出來的材料粉體,有最好的電容量與大電流放電能力及循環壽命,是個良好的改善材料的方法;反觀溶液分散法,不但材料沒有改善,反而造成更多的缺陷。