2022年

本研究開發一種檢測水質之創新技術，利用電化學阻抗分析法檢測水樣中微量的銅離子。本實驗研究確知：當溫度越高，溶液的電阻值越小；離子濃度愈低，測得的溶液電阻值越大，且皆具有檢量關係，濃度量測極限可至10-6 M。此外，以鏈狀硫醇連結組胺酸之改質電極對銅離子皆相對具較佳辨識能力，又以 11-MUA改質電極靈敏度與量測極限皆最佳，最低濃度可量測至數量級10-8 M (約0.0019 ppm)，遠低於現行銅離子流放標準。以效能最佳之11-MUA改質電極以環境水樣外加法量測不同銅離子濃度下之Rct值，發現兩者亦具有線性檢量關係，因此此檢測模組適用於環境水樣之檢測。 目前已確認此檢測模組適用於環境水樣中銅離子濃度之定量，未來期望拓展此檢測法於不同重金屬離子，以對不同離子具選擇性之單分子層材料修飾於電極表面，使此檢測模組能廣泛應用於水樣中常見重金屬離子之濃度檢測。

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。

Washing is one of the things that must be done by every household. Rural and urban communities have to wash clothes every day, to get clean clothes so they can be reused. But it turns out that with many households doing this activity, it will cause side effects that are not good. The impact will worsen the quality of the surrounding water because this activity is not equipped with a waste treatment process, but instead is dumped directly into the nearest ditch or river. As a result, this waste causes water pollution. The chemical compositions contained in detergents are grouped into 3, namely surface active substances ranging from 20-30%, reinforcing agents are the largest detergent components ranging from 70-80% and other ingredients around 2-8%, where surfactants are the main ingredients. cleaning agent in detergent. If not managed properly, it will cause environmental problems in the future. This research was carried out for 4 months at MAN Sidoarjo and Brawijaya University. The research method used was research and development and experiment methods, and data collection techniques using the observation method. From these problems, we offer a solution by making an internet of things-based device which we call HOPE WASTE (House Processor Waste) with IoT (Internet of Things) as the processing of household laundry liquid waste. HOPE Waste is a house-shaped device that functions to treat Laundry Liquid Waste which combines electrocoagulation methods and utilizes Biosorbents, namely Barringtonia Asiatica and Activated Charcoal which are made into powder. Where the Biosorbent content can bind chemicals in laundry liquid waste so that we can combine them using environmentally friendly IoT-based electrocoagulation methods.

涇渭分明是世界上少見的河流現象，濁水與清水可以各自分流互不混合。此次研究透過實驗，改變兩水體流量差、匯聚角度、水體泥沙濃度、水中鹽濃度探討濁水及清水混和程度，並藉由水體顏色的透光程度數據化實驗結果，並透過程式與圖表進行推演，得出影響混和程度的變因及其相關程度。 根據實驗數據，角度越小、清水大於濁水的流量越大、濃度在一定範圍下，河流分明的現象將越明顯，然而礙於實驗尺度不如自然界，實驗結果存在臨界值。而此結論與自然界狀況做對照亦有類似結論。 整體來說,分流現象是多種自然因素下的結果，單一因素的討論難以完整表達全體效果，但可以看出其趨勢，以及對於涇渭分明現象的影響程度。

本研究實現一個真空中操作的小型磁浮軸承飛輪儲能系統，並探討其特性。為了延長能量保持時間、提高效率，我們分析了導致旋轉動能損失的因素。在自然減速測試中，於大氣環境操作的飛輪其阻力力矩隨轉速呈二次方增加；在真空環境中，阻力力矩隨著轉速的增加緩慢，約為線性關係。我們並發現馬達與發電機組導線中的渦電流損耗是真空中飛輪減速的主要因素。以多芯線圈取代單芯線圈後，待機時間延長為3 倍，自然減速至停止的時間在 8 小時以上，可以持續20分鐘供電1.3瓦。這項研究的結果可應用在電網中儲存能量的全尺寸飛輪。

X染色體關聯性視網膜裂損症患者，在青少年時期會逐漸喪失視力，主要是因為RS1基因突變造成視網膜剝離，目前並沒有藥物達到有效的治療效果，即使最新研發的病毒載體基因療法也沒有效果，雖然在動物模型中具有良好的表現，但是在人體試驗中卻沒有獲得任何顯著的改善成果，推測是實驗模型不夠完善，在本實驗中，我們將會採用幹細胞分化成為視網膜類器官，並搭配上超分子奈米粒子運輸基因編輯材料送入，期許達到治療效果。本研究中以超分子奈米粒子(SMNP)將CRISPR/Cas9基因編輯系統及正常RS1基因共同運輸進入細胞來達成基因敲入的效果。我們篩選出兩個具有最佳傳遞性之超分子奈米粒子載體(Cas9/sgRNA-plasmidÌSMNPs及Donor-RS1/GFP-plasmidÌSMNPs)並將其應用於細胞中，於其安全編輯位點(AAVS1 locus)實施基因敲入，接著以PCR及Sanger sequence檢測敲入基因的正確性，並施以免疫螢光法分析RS1蛋白表現。結果顯示在細胞當中，RS1/GFP基因成功敲入AAVS1位點中並能有效進行表現，因此我們進而測試該方法是否能應用於iPSC分化而成的人類視網膜類器官中，其也成功表現RS1/GFP 質體引發的綠色螢光蛋白(GFP)，效果也持續接近40天。總而言之，我們希望目前的研究結果可以作為未來開發遺傳性疾病基因治療法的藍圖，造福受疾病所困擾的病患。

為了解決自動光學檢測的非穿透性檢測物體方式，使用自動X光檢測能解決此問題，因此，本研究嘗試開發自動X光檢測技術，並藉由常見的印刷電路板作為應用。作為結果，本研究能進行X光模擬理想化印刷電路板，搭配實體X光取像，藉由平移堆疊法重建出2.5D印刷電路板影像，並藉由霍夫法圓形辨識圈選錫球，輸入卷積神經網路，辨識錫球焊點之優劣。

此研究由2020的IYPT中的其中一題的題目中發現，當兩根以上的蠟燭擺在一起時，蠟燭火焰會產生穩定的耦合震盪，於是本研究將深入探討此現象。我們將兩組蠟燭束以不同的距離由近而遠擺放，發現其會產生同相震盪、轉相序、反相震盪的現象。除了觀察蠟燭火焰不同的震盪的模式，也分析了其在各個模式下的相位差與頻率。接著我們以理論模型來探討蠟燭火焰在不同的間距時的理論相位差與頻率，並與我們得到的實驗數據進行比較與討論。再來為了觀察蠟燭周圍氣流流動的情形，我們使用紋影攝影觀察並使用線香煙霧與PIV技術來分析周圍氣流的流動速率與氣流產生漩渦的位置，與在不同的震盪模式下蠟燭火焰周圍渦流出現的特徵和渦流交互影響的情況。我們利用其得到的結果建立一氣流流動模型來解釋周圍氣流流動、渦流與蠟燭火焰震盪的現象的關聯並嘗試驗證，且希望尋找到更穩定的震盪器取代蠟燭。

本作品自行開發組立氣體輔助彈性氣膜球實驗系統，並研製可調控之類複眼陣列結構母模具系列實驗設備，藉以複製出類昆蟲複眼之陣列微結構，同時複合石墨烯(graphene)並將其裝設於太陽能板上進行系統化實驗，探討類昆蟲複眼之陣列微結構對太陽能板發電效率之影響。實驗結果顯示，類複眼陣列透鏡結構，其單一特徵形狀愈小、密度愈高(週期愈小)，其發電效率愈佳，本實驗條件下，發電效率最高可提升達7.86%，此外，本研究在光捕捉上再為仿生類透鏡穿上自然界的類透明外衣複合石墨烯情況下，其發電效率更佳，透鏡面噴塗石墨烯複合薄層1μm厚度，發電效率短時間提升最佳為14.21%，但隨著光照時間的增加(24小時)後，發電效率提升最佳為12.45%，本研究同時增能探討調控菲涅爾透鏡(Fresnells)聚焦方式，並獲得經最佳聚焦位置的獲得，將有助於對太陽能板發電效率提升。

本研究探討L-硒代胱氨酸(L-Selenocystine; SeC)是否能抑制肝癌細胞(HepG2)生長與毒性機制。以細胞存活率分析得知10 µM SeC可抑制HepG2細胞生長，但對正常肝臟細胞(L-02)無明顯毒性影響。以彗星試驗發現，同樣濃度SeC對HepG2具基因毒性，會造成DNA損傷。再以西方墨點法得知SeC會使HepG2的抗氧化酵素表現量減少。透過同源重組活性測試證實SeC會抑制HepG2的DNA修復。與單獨使用臨床常用抗癌藥物Cisplatin比較，混合10 µM SeC與較低劑量的10 µM Cisplatin對HepG2有更明顯的毒殺效果。 10 µM SeC預期可用於輔助臨床抗癌藥物的療效，其抗癌細胞機制至少有兩種: 一為降低抗氧化酵素表現量，導致活性氧化物質(ROS)累積，造成DNA損傷；二為降低DNA同源互換修補活性，最後造成細胞凋亡。