全國中小學科展

2022年

透過相轉移催化劑合成Chromeno[4,3-b]pyrrolidine之衍生物

本研究之反應產物Chromeno[4,3-b]pyrrolidine之衍生物含有吡咯烷及二氫苯并哌喃的骨架,而此二者存在於許多藥物及天然物中,例如:尼古丁及蛋白質中的脯胺酸皆為吡咯烷的衍生物,含有二氫苯并哌喃骨架的藥物則通常被應用於消炎藥物中。本研究主要反應是以對甲基苯醌衍生物與亞胺葉立德前驅物在相轉移催化劑及無機鹼的催化下進行(3+2)環加成反應與oxa-1,6-加成反應,合成出Chromeno[4,3-b]pyrrolidine之衍生物。利用改變不同的相轉移催化劑、溶劑和無機鹼的種類及各反應物的當量數,篩選出進行本反應的最佳反應條件。在此優化條件下,進一步使用不同的掌性相轉移催化劑,以探討本反應之光學活性。並利用無機鹼的篩選,以排除背景反應發生的可能性。希望最後能於起始物上替換不同種類的取代基,以探討本反應之反應活性,並增加其未來應用的多樣性。

以磁性Fe3O4分離微塑膠的成效與機制探討

微塑膠因為其密度小、表面積大之特性可吸附有害物質,並傳播至各地,而對人體和環境造成危害,故回收微塑膠是科學家研究的重要主題。本實驗發現:在中性50 mL水樣品中回收以砂紙磨製的微塑膠時,加入0.050克的Fe3O4和1~2 mL乙酸乙酯或正己烷後,微塑膠、有機溶劑和Fe3O4可互相吸附,再用磁鐵將三者同時吸出而與水分離,可達到清除微塑膠的效果,不同微塑膠(PP、PET、HDPE和PETG)的清除效果皆可高於89%以上。 而在中性的50 mL水樣品中,回收較大顆粒之微塑膠(顆粒大小介於0.500 mm~2.380 mm)時,加入微塑膠0.5克、水50 mL、0.5克Fe3O4¬和不等量正己烷時,會有不同回收效果,但普遍以不加入正己烷,微塑膠(PP、HDPE、LDPE和PS)回收效果最佳,皆約85%以上。 推測此清除機制為微塑膠可吸附有機溶劑,有機溶劑可吸附Fe3O4,三者混合後即可用磁鐵以磁力將此混合物和水樣分離,達到清除微塑膠的效果。但當為塑膠顆粒較大、重量較大時,則會停留在有機層中,反而難以用磁鐵分開,故以Fe3O4即可達到回收微塑膠的效果。

在壓力下更要堅強,探討ACE2/Ang(1-7)軸與韌力的關係

背景:韌力 (resilience)指個體遭受壓力時快速調適及復原的能力,是許多疾病的保護因子但生理機轉仍不明。Angiotensin-converting enzyme 2/Angiotensin(1-7) [ACE2/Ang(1-7)]軸具有保護心血管、抗焦慮及保護神經的潛力。目前仍無ACE2/Ang(1-7)軸與韌力相關的研究。另外ACE2是SARS-CoV-2病毒進入人體的受體,相關研究在疫情下更顯重要。 目的:本研究中我們以習得無助行為模式篩選具韌力行為的大鼠(resilient, R),探討韌力鼠與非韌力鼠(non-R) ACE2/Ang(1-7)軸表現的差異。 假說:韌力鼠的ACE2/Ang(1-7)軸活性較非韌力鼠高。 結果:韌力鼠在壓力下其corticosterone (CORT)濃度與控制組無差異。韌力鼠的Ang(1-7)濃度較非韌力鼠及控制組高,暗示較高的Ang(1-7)濃度與韌性表現相關。以Ang(1-7)/Angiotensin II (Ang II)比率作為反映ACE2 轉化Ang(1-7) 功能的指標,發現韌力鼠的ACE2濃度及功能均與未主動逃跑而受電擊的時間相關,暗示其ACE2活性能因應壓力調控上升。韌力鼠的ACE2濃度雖較非韌力鼠低,但其ACE2功能則較其他兩組高。並且,Ang (1-7)濃度及ACE2功能僅在韌力鼠與ACE2濃度呈現正相關,但在非韌力鼠則無相關。暗示在壓力下韌力鼠的ACE2仍維持有效率的功能但非韌力鼠的ACE2功能則受影響。另一方面,Ang (1-7)濃度僅在非韌力鼠與CORT濃度負相關,暗示非韌力鼠個體的ACE2/Ang (1-7)]軸活性與海馬迴-下視丘-腦下垂體(HPA)軸的活性可能相關。 結論:韌力個體的ACE2/Ang (1-7)軸活性較非韌力鼠及控制組佳且可能因應壓力而調節增加。相反的,非韌力鼠個體的ACE2/Ang (1-7)軸功能較差且可能與HPA軸的活性相關。我們的研究顯示ACE2/Ang (1-7)軸扮演調節韌力的重要角色。ACE2/Ang (1-7)軸活性是否可以做為個體韌力的指標或具有增進韌力的臨床價值需進一步研究。

探討單位電阻排列有理數值

本研究在探討給定一有理數,如何用最少數量的一歐姆電阻串並聯使得等效電阻值為此有理數。首先我做出f函數的表格,利用程式找出分母分子較小時的值,並且依性質不同塗上各種顏色,觀察其中的規律,證明了一些定理,並找到電路圖與矩形的對應,再來是找到電阻排列一些數列的系統性構造,然後針對有理數分子和分母的特性,分析了費氏數、分母為2、3等等的情況的最小構造法,其中在分析分母為2、3等等的情況時,一開始使用了變換的概念證明,但變換過多次時會造成證明的繁複,因此後續提出了以幾何模型分割區域的概念證明,有效地提高到分母為4、5的情況,並且將證明過程擴充至所有正整數的情況,找到了f函數遞迴式的充分條件,最後計算連分數構造法的部分平均時,猜測出連分數構造法與正整數因數個數的關係。

多工奈米複合材料合成與其協同治療應用

本研究結合奈米合成技術及生物醫學應用,以牛血清蛋白(BSA)為載體,裝載具化學動力療法的金屬氧化物(CuFe2O4, CFO)及具光治療功能的光敏劑(IR780),製備CFO@BSA-IR780多功能奈米複合材料。 材料鑑定方面由TEM、DLS與UV-Vis等儀器進行組成及光學性質分析。特性方面,CuFe2O4在腫瘤環境由芬頓反應,促使H2O2產生活性極高的氫氧自由基(•OH)。並且IR780在近紅外光照射下同時具光熱與光動力治療特性,可殺死癌細胞。同時CuFe2O4中的Fe3+ 和Cu2+ 進行氧化還原將腫瘤部位的穀胱甘肽(GSH)轉化成氧化型穀胱甘肽,強化化學動力療法及光動力治療效果。 最後,本研究將CFO@BSA-IR780奈米材料實際運用於细胞毒性測試與細胞螢光顯影,確認其效果及低毒性。成功發展出同時具備化學動力療法、光動力治療、光熱治療及細胞螢光顯影之多功能奈米複合材料,期許在醫學治療提供一項新興藥物材料。

等差指標的探討

在國中及高一的數學課程當中,我們都學過「等差數列」這個單元,而本文的研究著重於在某些限制條件下等差數列的產生時機。在本篇報告中,我們從給定整數範圍(如:從0到n)的條件下出發,去探索在給定的範圍當中至少要加進去多少正整數才能確保其中存在三個數字成等差,進而定義等差指標等概念。我們研究了各個數字n的等差指標,並找出其關係,進而延伸出相關的不等式,然後進行推論。最後,我們藉由發現了一些規律得到了一些可增進最小等差指標的估計,我們大略估計了其上下界,並嘗試往探討不存在三正整數成等差數列的自然數集合密度去做發展,用集合密度的角度去切入討論,以幫助我們的估計和定理推導。

Introduction of Omed-Omedan Tradition Through Augmented Reality-Based Card Games To Increase The Love of Local Culture

This research is motivated by the differences in the people's perceptions, mainly youth about the omed-omedan tradition. The difference is that many people think that the omed-omedan tradition violates the norms of decency and is also called the pornography tradition. The purpose of this study is to, 1) describe the mechanism of applying omed-omedan tradition recognition attitudes through augmented reality-based card games, 2) analyz the impact resulting from the application of omed-omedan tradition recognition attitudes through augmented reality-based card games, and 3) analyze about the feasibility of application resulting from the application of omed-omedan tradition recognition attitudes through augmented reality-based card games. This research is a type of R&D research conducted at Bali Mandara State High School from July 1-September 6, 2021. The subjects of this study were the teenagers of Kaja Sesetan Indigenous Village and the object of this study was the omed-omedan tradition through augmented reality-based card games. The data collection method used is the literature studies, questionnaires, interviews, and validation questionnaires. Data is processed based on qualitative descriptive approach and quantitative descriptive approach. The results showed that the mechanism of implementing the omed-omedan tradition originated from the download of assistive devices, namely android studios and applications from AR, the impact of augmented reality-based card games was seen as very helpful in the introduction of the omed-omedan tradition and was seen as able to help increase the love of local culture, besides that the media used was also very popular by players because it was seen as interesting and very helpful. Based on the feasibility tests that have been calculated, this game is considered very feasible to implement and researchers hope that the innovations that have been created can effectively provide understanding to help out the local community about omed-omedan tradition.

Super「鼠」跑

透過文獻探討已知高血壓會引起腦發炎,導致腦功能受損。研究結果也顯示運動能增進腦部功能。因此,在此實驗中,我們想要探討高血壓引起的腦發炎和功能退化等問題能否透過運動改善。將鼠分為 2K1C 手術誘發高血壓組(2K1C)及沒有高血壓(Sham)的對照組,並再各分為運動組(Sham-EX、2K1C-Ex)和不運動組(Sham、2K1C)。小鼠腦部切片中微小膠細胞數量顯示 2K1C 的小鼠組別腦發炎最為嚴重,且 HE 染色發現一樣為 2K1C 小鼠組別的神經細胞數目最少。接著我們以莫里斯水迷宮測試小鼠學習、記憶功能,結果 Sham-Ex 及 2K1C- Ex 尋獲平台時間皆有減少趨勢,而 2K1C 尋獲平台花費最長時間,顯示運動確實可以減緩高血壓造成的腦功能受損。

銠金屬催化劑應用於不對稱環化與chain walking之研究

本研究使用實驗室自製的配基與銠金屬結合為催化劑後,在一次使用銠金屬催化劑下,同時催化烯炔類與苯硼酸進行加成、不對稱環化、chain walking、以及消去反應,在保持鏡像選擇性下獲得具有末端烯的產物。透過改變鹼的加入方式、催化劑的種類等變因,篩選適合的反應條件。 實驗結果顯示,銠金屬催化劑能催化烯炔類與苯硼酸進行不對稱環化反應,最高產率可達88%且e.e.值可達86%。未來希望能將此反應路徑應用於其他不對稱合成,使銠金屬催化劑的應用達到省時、高效的目的,有助於天然物和藥物的研究發展。

利用麵包蟲腸道菌降解聚丙烯並探討其優化策略

塑膠對環境危害甚深,雖已有研究證實部分昆蟲可降解塑膠類的聚苯乙烯(PS),但關於聚丙烯(PP)的生物降解研究很少,也沒有進一步透過腸道菌相分析,鑑定出負責降解的菌種。因此我們希望利用麵包蟲生物降解PP,透過16S rRNA定序分析找出可降解PP的潛力菌種,解決塑膠垃圾對環境造成的傷害。我們的實驗結果顯示,麵包蟲能攝食PP並生長,且加入濕料及利用糞便移植腸道菌相能增加麵包蟲對PP的消耗量,證明麵包蟲能攝食PP與腸道菌相有關。利用次世代基因定序分析腸道菌相,麵包蟲攝食PP後腸道菌相有極為顯著的變化,其中腸道菌Pseudomonas stutzeri顯著增多,經實驗證實此菌可降解PP,且在37oC、中性環境的降解效果較佳,一星期約降解3.4 %的PP。我們所使用的方法可快速篩選出能降解PP的菌種。