全國中小學科展

2023年

合成二硫化鉬為基材之氣凝膠吸附環境毒性之含硫分子

由於經濟需求,人們對於農藥的使用量增加,若善後工作處理不當,易使汙染落入環境中,造成生態汙染及食安疑慮,因此本研究製作二硫化鉬奈米片作為選擇性的二維吸附材料,在過程中產生結構上的缺陷,進行化學反應吸附環境中的毒性硫化物。並使其摻混於氣凝膠中,應用於水溶液中去除常見的農藥—得恩地。 透過合成以二硫化鉬為基材的氣凝膠,在定溫定壓及pH值範圍恆定的前提下,我們分別以吸附時間、起始濃度作為操作變因,研究其奈米級二維材料與其氣凝膠之移除率、最大吸附量和恆溫吸附模式,並與活性碳比較後,發現二硫化鉬奈米片具有特異性之有效吸附,氣凝膠易於回收並可增進其吸附量之優勢,進而達到去除汙染物的目的。

搖頭擺尾 離子尾波形週期變化分析與原因探討

彗星離子尾受太陽風吹拂後,使其帶電粒子受力而改變噴發後的離子尾軌跡。C/2021 A1 Leonard的影像就可明顯看出它具有波狀的離子尾。我們透過影像軟體擷取彗尾影像的座標並將其代入分析軟體。依序分析2021年12月21日、12月31日與2022年01月02日的彗尾結構,利用不同的波函數擬合彗尾形狀並扣除擬合線,嘗試找出不同的彗尾結構是否具有相同週期或非週期的特徵。同一天內的不同離子尾去除穩定與漸進變化的週期後,發現具有相似形狀的變化區,應該為共同影響的非週期性因素,這個影響因素可能為太陽風的各種物理量(如:風速、磁場強度、質子密度等)。接著利用星圖軟體和數學幾何軟體推算出彗尾與其波結構的實際長度,並與太陽風資料互相比對。將三天的太陽風磁場南北分量(Bz)與各自的最後分析圖進行對照,發現兩者有高度相關性,推論太陽風磁場南北分量(Bz)的非週期變動是影響彗星離子尾不規則變化起伏的主因。

Explorative Development of Ford Circle and Sierpinski Triangle in Hyperbolic Geometry

Explorations in mathematics are limited due to the negative image and perspective about Mathematics itself in high school. However, some topics in mathematics are found interesting in high schools such as geometry and sequences. Therefore, this research will look at the explorative development of Ford Circle that creates some interesting results while combined with other theories and geometry. The main focus of this research is to address and explore the ford circle with its connection to the Sierpinski Triangle in hyperbolic geometry. The investigation and exploration will focus on the properties of geometry in the hyperbolic plane, the fractal geometry of Ford Circle and Euclidean fractals through a hyperbolic perspective that brings a fascinating correlation between all the topics discussed in this research.

「噬」者生存—有絲分裂時,USP24的下降誘發細胞自噬,有利於基因體的穩定

抗藥性是癌症治療時的一大阻礙。如何解決癌症的抗藥問題是十分重要的議題。過去的研究指出在肺腺癌細胞株中USP24表現量在有絲分裂期間會明顯下降,但此現象之功能仍有待釐清。在本研究中,我們發現該現象會使TRAF6表現量下降,從而使Beclin-1表現量上升,進而誘發細胞自噬。另外,我們更發現了有絲分裂期的細胞自噬有助於減少DNA碎片,達到穩定基因體的功用。此外,在與抗藥細胞株比較時發現,上述誘發細胞自噬之現象在抗藥細胞株中明顯下降。因此,我們推斷在抗藥細胞株中有絲分裂期的USP24下降變少,細胞自噬被抑制,造成基因體不穩定,最後造成抗藥性的產生。綜上所述,我們的研究不只闡明了USP24的下降在有絲分裂期間是如何誘發細胞自噬,更說明了有絲分裂時的細胞自噬有助於基因體的穩定,從而在肺癌的治療中阻止癌症抗藥性的產生。

探討線蟲於線蟲捕捉菌獵食壓力下之適應性

獵食關係(predator-prey interaction)普遍存在於自然界中,本研究欲以線蟲與線蟲捕捉菌(nematode trapping fungi, NTF)做為探討獵食關係的分子模型,進一步了解獵食者與獵物的共同演化關係。依此,本研究設計了適性實驗以了解線蟲在線蟲捕捉菌獵食壓力下,其母體或子代行為與適應性變化。本研究發現,當暴露於線蟲捕捉菌所分泌的吸引性氣味分子MMB,線蟲會降低其生長速率;而線蟲在被線蟲捕捉菌捕捉後,子代對線蟲捕捉菌與MMB之趨化性顯著降低,並可能透過piRNA路徑遺傳此行為改變,影響三個世代,藉此增加族群的適應性。本研究未來會進一步了解線蟲適應行為改變的分子機制,並希望能藉此系統增進對獵食者-獵物交互作用的了解。

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。

杯中失重液體碰撞地板產生之反衝噴流砲

水杯落下,撞擊地面後可產生高速累積噴流。分三階段:失重落下、撞擊、累積噴流。 微重力下,水坑深度d隨落下時間t漸增,達上限後不再增加d=dmax(1-e-δt)。親水性接觸面使水面形成球狀水坑。接觸角越大則水坑深度上限dmax越大,最大水坑為半球形,水坑抬升速度係數δ與表面張力及黏滯力比值有正相關。 撞擊時巨大慣性加速度G=131g使水坑崩塌並彙集,累積效應放大原速度,產生高速累積噴流Vjet2=Kv2。累積係數K與水坑深度d正相關,半球狀水坑K=18。h0不高時,水坑未成型,K值小,累積效應小;水坑成型後,K值達極大,Vjet2與h0成固定最大斜率關係。 噴流向上為拋體運動,最大高度Hmax=Kh0。 圓柱PET水瓶,直徑5.5公分,水量60ml-100ml,由25公分落下,形成近3公分水坑,撞擊產生10m/s累積噴流。水量不足30ml,因無法形成水坑且液體與杯底摩擦,無累積噴流。30ml至100ml無明顯差異,故30ml能量轉換效率最佳。

果蠅(Drosophila melanogaster)的習得性無助表現之研究

習得性無助是個體經多次追求獎賞或逃離困境失敗後產生的一種消極行為表現。習得性無助的行為研究雖多,但對其神經機制的研究卻甚少。 本研究發現273,cha-Gal80>CsC-mCh是適合光遺傳學訓練的果蠅殖系。在白光點獎賞記憶訓練中,使273,cha-Gal80>CsC-mCh果蠅學會白光點視覺訊號代表著獎賞,並發現其白光獎賞記憶能持續7分鐘以上但未達10分鐘。藉已建立白光視覺訊號與獎賞連結的273,cha-Gal80>CsC-mCh,發現重複追求獎賞失敗的實驗組,相較於持續接受獎賞與完成獎賞記憶訓練而無任何操作的對照組,明顯表現習得性無助,本研究亦發現習得性無助個體也表現了活動力、覓食表現及攝食動機的下降。 本研究成功建立高成效的果蠅成蟲光遺傳學習得性無助訓練,並針對果蠅成蟲的習得性無助行為表現進行完整的研究,未來期望本於此訓練方式進行特定腦區、神經群和神經傳遞物之探究,建構果蠅習得性無助的神經網路機制。

鑑色~藍染動力進行式

傳統藍染,染個深藍色的布,需要反覆侵染二、三十次才行,而每一次洗滌,都是藍水會對環境污染!我們自製鑑色儀器的設計,以白光照射吸光儀,讓光敏電阻感光後,測量一般電阻電壓大小,以不同濃度製作檢量線比較染液濃度;染布鑑色儀則是以GY-33顏色感測器校正後,快速測出色布上同樣區塊面積的RGB值,再利用線上顏色代碼轉換工具,轉換成HSB 值來分析染布顏色。而染布動力的部份我們想把一直都是用塑膠積木製作的二~六槳水車更新成金屬,然後再次比較出不同水位負載物的氧化及還原轉速,希望能找出最佳水車運轉速率及水位高度比,為了因應長度較大的藍巾,水車轉動還加入程式控制順逆轉軸的動力輪替。最後,我們比較增加風速或溫度可否加速藍染氧化之定色,讓精準快速的藍染文化成為可能。

建立檢測化學壓力新型模式生物-大生熊蟲實際應用與耐受機制探討

本研究是評估大生熊蟲( Macrobiotus sp.)檢測小白菜混合化學壓力的應用潛能。目前已建立大生熊蟲檢測實際環境化學壓力方法,若以正常活動樣本檢測化學壓力需24小時獲得結果;但乾燥隱生樣本則能在2小時內獲得檢測結果,每週檢測1次,至少可重複6次檢測,所以隱生大生熊蟲最適合在符合生物倫理準則之下檢測化學壓力。 探討大生熊蟲檢測實際化學壓力時耐受機制,發現大生熊蟲在小白菜萃取液隱生時,其100、50與40~50 kDa蛋白質單體表現量顯著增加,另外自乾燥隱生恢復活動時40~50 kDa單體表現量亦顯著提升,未來將以LC MS/MS分析其蛋白質種類與功能。藉由加熱實驗的總抗氧化能力數據確認大生熊蟲能以酵素與非酵素抗氧化系統對抗實際化學壓力,未來將探討對抗常見抗氧化物質的單一酵素活性。目前尚未成功分析大生熊蟲常見抗氧化基因表現量,本研究會持續改良設計出合適的primer與目標基因黏合,分析表現量。檢測其脂質含量則發現,大生熊蟲在實際化學壓力下隱生、乾燥隱生以及自隱生恢復活動階段體內脂質含量顯著增加。