全國中小學科展

2023年

以奈米碳與二氧化矽複合物優化發光薄膜之研究

本研究延伸自文獻影片「奈米碳來排隊」實驗,自製奈米碳量子點(carbon quantum dots, cQD),並結合鈣鈦礦量子點(perovskite quantum dots, pQD)製程,以探討優化發光薄膜材料的合成技術與製程。目前完成的變因探討如下:(一)比較碘化鉛與溴化鉛兩種前驅物對pQD粒子成長的效應,(二)萃取不同型態cQD的溶劑效應,(三)調控cQD之添加方式,包括劑量、順序與添加時刻。製程條件的添加順序分成兩種流程:(A)方法PC(perovskite - carbon):先有鈣鈦礦後有碳,也就是先合成pQD,期間再加入cQD,(B)方法CP(carbon - perovskite):先有碳後有鈣鈦礦,也就是先加入cQD,再合成pQD。 為了找出pQD發光特性的優化條件,研究結果進行討論四項指標:光致發光量子產率(photoluminescence quantum yield, PLQY)、譜線半峰全寬(full width at half maximum, FWHM)、波長位移及pQD穩定度。觀察PLQY與FWHM的結果顯示:多數以方法PC添加之cQD能達優化效果,而其中又以甲苯萃取的PhMe-cQD(178.0%)與異丙醇萃取的IPA-cQD(182.6%)對PLQY提升幅度最為顯著。目前也進行市售碳化矽(SiC)與自製碳矽複合物(簡稱CSiX)的添加效應,期能找出更加優化pQD條件,發展出簡易製程但更具綠能經濟之發光薄膜原料,也提供碳循環應用之契機。

三角形周界中點幾何論證與旁切圓相關性

本文旨在探討三角形周界中點的幾何問題,以及周界中點與旁切圓的相關性質。在討論三角形問題的過程中,注意到許多關於周界中點的延伸性質,起初很難發現旁切圓之間的關聯性,後來決定以三角形周界中點為主軸,找出其與旁切 圓的幾何特性。發現延伸的圖形後,除了上網查詢相關資料,我們更利用幾何繪 圖軟體進行幾何問題的實驗與論證,透過觀察、提出假說,並運用已知的定理推 得研究結果。 我們發現了許多性質,其中包括:畫出三角形並分別做出三邊的旁切圓,各 邊切點即為該邊的周界中點,而三角形頂點與對邊周界中點連線共點即為界心(納格爾點𝑁𝑎),此點和三角形的重心 G、內心 I共線,且(GNa) ̅=2(GI) ̅;而三邊旁切圓圓 心會共圓,其圓心和三角形三個周界中點的外接圓圓心以及𝑁𝑎也會共線等等。 透過此次研究,讓我們對數學有更深入的瞭解,也期許未來能有更多的發現。

Carbone monoxide filtre

Carbon Monoxide is a very toxic and dangerous that threatens our life and can cause sudden illness and death. It is the most abundant, by mass, pollutant gas generated by the engine due to the lack of oxygen and thus presented in our lives. It is true that the oxidation catalyst absorbs carbon monoxide from the exhaust of cars during combustion. But that is not enough, the catalyst is only effective when the exhaust temperature is high (more than 400°C) which is not available in a short path. To protect ourselves from this toxic gas, we must find solutions and innovative ideas to fulfill this objective. And this is how our project was created. Our focus in this project is to create a filter that can absorb carbon monoxide using the minimum of energy possible. It will be more efficient unlike the traditional method that not only needs high range of temperature (higher than 400°C) but also takes a long period for the reaction to occur.

上皮細胞黏附因子(EpCAM)對腫瘤增生影響之機制探討

上皮細胞黏附因子 (EpCAM) 參與了細胞的黏附、信息傳遞、增殖及分化等功能,並在惡性腫瘤組織中大量表達。另外抗EpCAM中和性抗體可以阻斷EpCAM訊息傳遞,進而引起癌細胞PD-L1的表現量降低並促進T細胞的毒殺活性。為了觀察EpCAM是否會對癌細胞的增生、轉移以及侵入能力造成影響,我們將細胞分為野生型 (wild type) 和EpCAM基因剔除細胞株 (EpCAM knockout) 進行實驗。首先,我們以Western-blotting和qRT-PCR確認EpCAM基因剔除組的EpCAM基因有確實被剔除,再進一步利用細胞存活率及細胞群落實驗證實EpCAM會促進癌細胞的增生能力,並分別藉由EGFR的抑制劑Afatinib與HGFR的抑制劑Crizotinib對於癌細胞存活率的實驗證實EpCAM 對於EGFR與HGFR的訊息傳遞扮演重要角色。接著分析EpCAM對癌細胞轉移及侵入能力的影響,γ-secretase和ADAM17皆為裁剪EpCAM進行訊息傳遞的重要酵素,實驗中的癌細胞分別以γ-secretase和ADAM17的抑制劑DAPT和TAPI-1處理,證實EpCAM的訊息傳遞與癌細胞轉移與侵入能力有關。接著我們以EpCAM中和性抗體處理癌細胞後,證實EpCAM中和性抗體確實會促使癌細胞凋亡。最後我們利用Western blotting分析EpCAM對於不同激酶磷酸化的蛋白質表現量之影響,找出EpCAM下游訊息傳遞的完整路徑,期望能找到治療癌症的關鍵。

探討棕色脂肪組織對成年小鼠生理與行為的影響

除了與產熱代謝有關外,近年許多研究指出,棕色脂肪組織亦會分泌神經影響因子,並且可能會進入小鼠腦部進而影響其行為與表現。本實驗透過利用基因工程讓小鼠帶有UCP1-Cre與LSL-DTA序列,產出缺乏棕色脂肪組織的小鼠,了解不同飼料飼養條件下,棕色脂肪組織對於成鼠行為與生理的影響。結果發現,對於高脂飼料飼養3個月的公鼠,缺乏棕色脂肪組織可能使成年公鼠焦慮程度較高。高脂飼料飼養6個月的公鼠,缺乏棕色脂肪組織可能使成年公鼠運動能力較差,焦慮程度也較高。生理方面則發現,經歷3個月高脂飲食的成年公鼠,缺乏棕色脂肪組織會造成體重增加量較大,葡萄糖吸收能力較差,但在經歷共6個月高脂飲食後,缺乏棕色脂肪組織的公鼠,與野生種公鼠在體重增加與葡萄糖吸收能力方面,皆無顯著差異。關於棕色脂肪組織調節焦慮行為的機制,值得未來更多實驗繼續探討。

利用qRT-PCR探討塑膠微粒對中華擬同型蚤生長和生殖機制的影響

隨著科技的進步,塑膠產品逐漸在全球遍布,甚至造成許多的環境汙染,其中看似消失的塑膠,其實已被分解為非肉眼可見的塑膠微粒,並且正在影響整個生態,並且在最底層的生物體內累積,透過生物放大作用不停的向生物鏈頂層增加。 探討塑膠微粒與中華擬同型蚤生長和生殖機制的影響。延伸對生殖機制、內分泌系統的影響,產生冬卵的特性,以及與體長、生長抑制、延後抱卵的關係。期望可以透過研究成果類推至生態系中的其他生物,例如魚類、鳥類和人類,進而發展成生物鏈之累積和影響。

磁性顆粒在變化磁場中的反向運動及運輸

本研究探討磁性顆粒在變化磁場中的運動。燒杯內置入水和氧化鐵粉,構成磁性膠體系統,將燒杯放在磁攪拌器檯面上運轉,發現奇特的水流方向,有時順時針方向運轉,有時則逆時針。此現象是否與氧化鐵粉分布在水面或底部有關?底部的氧化鐵粉出現特別的反向運動,原因為何?深入研究磁性顆粒的運動,分析磁場變化、表面摩擦力對其影響,以及顆粒反向運動時,推動物體的力學分析,並自製磁鐵轉盤分析磁場分布對氧化鐵粉顆粒的影響。

新型散熱模組浸沒式水冷之應用

科技不斷進步對 CPU 等電子設備有更高效的需求,而高效的運算也提高用電量及散熱的需要,這促使我們尋找增強熱通量和熱傳遞的方法。透過惰性介電流體直接對電子部件進行液體冷卻,已成為複雜電子系統中熱傳遞的解決方案之一。 浸沒式冷卻是將電子元件浸入介電流體中,透過介電流體的池沸騰和相變化將熱帶走,而介電流體由冷水循環冷凝回原系統。本研究旨在透過設計仿浸沒式水冷的機台,來探討它如何影響電子元件。加熱站模型是用電腦輔助設計軟體(Creo, AutoCAD)進行圖面設計,然後進行CNC加工製作而成,本文記錄測量效率的值並繪製圖表,以討論傳熱的速率。

探討神經細胞特異性磷酸化PaxillinS119的進核機制與其對 RNA剪接的調控

神經細胞成熟的過程中可分成數個階段,每個階段間的轉換都伴隨著蛋白質的種類,RNA異構體、細胞結構與功能等全面性的轉變。但控制神經細胞在確切的時序下成熟的分子機制尚待研究。本研究發現 Paxillin 的新功能:當腦神經細胞在活體外培養至第七天時, Paxillin 的位點 Serine119 會被磷酸化 (p-PaxillinS119),並從細胞質轉位進入至細胞核。我們使用 N2a 細胞以神經分化的模式來探討 p-PaxillinS119 進核的分子機制與功能,發現 p-PaxillinS119 進入細胞核需要位點 Serine119 被磷酸化,且分析後確認 Paxillin 的 LIM 結構域中帶有 PY-NLS 序列,分別為 P516/Y517 及 P575/Y576。我們發現 Paxillin 藉由轉運蛋白 Importin β2 辨識其 PY-NLS序列,進行蛋白間的交互作用後進入細胞核中。從螢光影像的分析,我們觀察到神經細胞的 p-PaxillinS119 在細胞核中會呈現顆粒狀,並與 RNA 剪接因子 P-SR 共定位在核斑點上。經由免疫共沉澱與細胞轉染的方式,我們證實位點 Serine119 突變,會影響 Paxillin 與 RNA 剪接因子的交互作用,及降低細胞分化與 RNA 剪接的程度。

半正鑲嵌圖形中的捷徑問題

本研究從在方格棋盤中走捷徑的問題出發,推廣至由多個相異正多邊形所組成的半正鑲嵌圖形和k律鑲嵌圖形,其沿格線走捷徑的方法數與最短路徑。研究中,我針對所有8種1律半正鑲嵌圖形及2律、3律鑲嵌圖形的各一種圖形進行分類探討,包括截半六邊形、截角六邊形、扭稜六邊形、小斜方截半六邊形、大斜方截半六邊形、扭稜正方形、異扭稜正方形、截角正方形圖形。我將每種棋盤進行「轉正」,使它對應於唯一的矩形棋盤,達到「捷徑同構」,因而原本半正鑲嵌圖中的捷徑問題就等價於方格棋盤的捷徑問題。我將走捷徑方法數的通解分類,發現有組合數類、以及階差與指數混合兩大類,並分析康威表示法與通解的關係。並且我還將圖形分為複雜與單純,藉由研究複雜圖形來深入探討一些數學性質。