全國中小學科展

2022年

Combinatorial Properties of Non-isomorphic Caterpillars

一個連通圖其結構中若沒有包含任何的圈,則將此圖稱為樹狀圖(tree)。若樹狀圖 的頂點 滿足 ,則 即為 的『葉子點(leaf)』。將一個樹狀圖中以一筆不間斷經過最多頂點的路徑,稱為『主幹』,若此樹狀圖滿足所有的leaf皆與主幹上的點相連,則特別將此樹狀圖稱為『毛毛蟲圖(caterpillar)』。本文的研究是對於有 個頂點, 個leaf的毛毛蟲圖,在不同構的情況下,探討各類毛毛蟲圖的結構變化、對偶關係,在數量上建立遞迴關係、探討組合意義以及相關的應用。

探討半乳糖凝集素-4在腸道沙門氏菌感染中扮演的角色

此研究旨在探討當腸道沙門氏菌感染人類腸道上皮細胞(HT-29)時半乳糖凝集素-4(galectin-4)所扮演的角色。我們用野生型(wild-type)以及半乳糖凝集素-4 剔除(galectin-4 knockout)的HT-29細胞進行沙門氏菌感染。我們首先經由CFU計數探討galectin-4對細胞內細菌量的影響,並檢測細胞釋出的LDH及IL-18和mature caspase-1的量,以此研究galectin-4是否會活化發炎體(inflammasome)。結果發現, wild type HT-29 cells相較galectin-4 knockout cells有較少的活細菌,釋出的LDH,IL-18也較少。但在經過wortmannin(一種自噬抑制劑)treatment後,wildtype HT-29 cells釋出較多的LDH,IL-18,並且也釋出了mature caspase-1。這些研究結果顯示galectin-4能夠降低細胞內活細菌的量,且能夠活化inflammasome。

「塑」戰「塑」決────Aspergillus屬分解塑膠能力測試

本研究選用Aspergillus tubingensis、Aspergillus oryzae、Aspergillus japonicus 三種真菌作為研究對象,將實驗分為兩個部分,一為三種真菌是否能降解PU、PE、PLA三種塑膠,結果發現Aspergillus tubingensis在黑暗中皆能降解塑膠而效果為PU、PE>PLA,Aspergillus oryzae 與Aspergillus japonicus則有降解PU與PLA之能力。二為探討Aspergillus tubingensis在不同色光及不同pH值下降解塑膠的效果,結果發現Aspergillus tubingensis 在相同色光不同瓦數情況下,降解PLA的能力為3W>1W,降解PU則是1W>3W;相同瓦數的情況,降解PU能力為白光>紅光>藍光,降解PLA能力為紅光>白光>藍光;在pH=4及pH=9環境中皆無明顯降解塑膠之能力。

boom!玉米定時炸彈-探討玉米粒爆開之因素

本研究發現玉米粒受熱爆開的時間分布圖形,不符合普松分布圖形,證明玉米粒爆開不是一個隨機事件。研究亦發現玉米粒爆開的時間,會受玉米粒內水分的多寡與加熱時油溫的影響。從玉米粒在加熱的過程中,尖端的小孔會冒出氣泡,我們建立了「玉米粒壓力鍋模型」、發現玉米粒冒出氣泡的速率改變,符合白努力定律。再將玉米粒內產生的水氣莫耳數減掉溢出的水氣莫耳數,配合理想氣體方程式,我們得到一公式,可以解釋玉米粒在加熱過程中的壓力變化。並從此公式可解釋為何玉米粒在水分多、高油溫、孔徑小的情形下容易爆開。最後我們將推論的物理模型做數值模擬,發現模擬結果與實驗所觀察的現象相符。

活化石海百合Comanthus parvicirrus所含化學物質探討

本研究針對臺灣恆春半島海域所採集的棘皮動物海百合小卷海齒花Comanthus parvicirrus進行天然物化合物之成分研究,分離獲得三個角型萘並吡喃酮類型天然化合物,包括一個新化合物8-hydroxy-5,6,9,10-tetramethoxy-2-methyl-4H-benzo[h]chromen-4-one (1)以及兩個已知化合物comaparvin (2)與6-methoxycomaparvin-5-methyl ether (3)。上述化合物結構是由核磁共振儀、紅外線光譜儀、紫外光可見光譜儀、x-ray光譜儀和質譜儀等數據,以及比對相關化合物的文獻來分析確認。 化合物1-3進行體外抗發炎活性測試,並且探討化合物對脂多糖 (lipopolysaccharide, LPS) 誘發的小鼠巨噬細胞 (RAW264.7) 所產生的發炎性蛋白質一氧化氮合成酶 (iNOS) 以及第二型環氧化酶 (COX-2)。

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。

肝未人生,肝緊治療-利用端粒酶轉基因斑馬魚斑馬魚模式研究三種藥物的組合抗肝癌作用

癌症為台灣國人十大死因之首,在台灣地區肝癌在十大癌症死因排名第二。雖然有第一線以及第二線藥物,但是頂多只能延長病人13個月的壽命,所以急需開發有效抑制肝癌的新藥。斑馬魚屬於脊椎動物,斑馬魚基因與人類基因的相似度達到87%,且繼代快成本低,對於研究人類的疾病或篩選藥物助益極大。在肝癌病患當中具有高達百分之六十的人,在肝癌中發現了端粒酶逆轉錄酶(TERT)啟動子的突變,這項突變會導致在肝癌細胞中端粒酶的過量表現並促進癌細胞的生長。先前在研究員實驗室建立了端粒酶轉基因斑馬魚,在15天有顯著增加細胞增殖相關基因以及b-catenin下游基因的表現,並且利用HE染色細胞組織病理學分析,有絲分裂以及三核的比例也大大增加。我們這個研究就是利用端粒酶轉基因斑馬魚研究三種藥物(小分子褐藻醣膠,鯽魚複合配方,麩胺酸螯合鈷)單獨使用跟組合使用抗肝癌的作用。我們發現使用三種藥物混合能有效抑制肝癌,未來可廣泛運用在醫學。

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。