全國中小學科展

2024年

探討護木漆塗層對於抑制金屬升溫之影響

本研究探討將護木漆塗在不鏽鋼及鋁片上對於熱輻射吸收及降溫效果的影響,從實驗結果中可以看到塗上護木漆後的不鏽鋼樣品在可見光範圍的吸收雖增加 29.7W/m²,但在 8µm~12µm紅外光範圍的熱輻射增加 38.2W/m²,約增加 11.2倍,而鋁片樣品在可見光範圍的吸收減少 1W/m²,紅外光範圍的熱輻射則增加 38.6W/m²,約增加 25.9倍,故護木漆能有效增加熱輻射效率,減少能量吸收,而本研究亦證實樣品的輻射冷卻效 能,在晴天時樣品溫度最多可降低 3.4度及 2.7度,故此種方法能有效抑制升溫,並希望未來能應用於建築及儲油槽外壁上,以減少冷氣使用及火災發生頻率。

運用LSTM深度學習技術調整PID控制於倒單擺應用之探討

本研究以深度學習 RNN(Recurrent Neural Network)演算法中的 LSTM(Long Short Term memory)改善 PID,利用其時間序列的保留資料方法,預測 PID 參數值,使控制器得以精確且快速的調整非線性系統。此研究從 peak amplitude 及transient time,以及倒單擺振幅的圖表收斂情形等層面去做探討。當單擺質量大於下方 pendulum cart 的質量時,傳統的 PID 控制方法無法精準的調整系統,而LSTM 深度學習模型能夠產生較佳且較顯著的效果。且KP 數值在倒單擺系統中, 小於 1 無法收斂,KP 數值越小時,圖形越趨發散。此訓練之 LSTM 深度學習模型可以應用於非線性系統中,以增加其穩定性,並能夠更快速的為系統找到適合 的 PID 參數值。

以海源醫材製備新穎有機無機骨組織工程複合支架

膠原蛋白植入人體易降解,在骨組織工程有許多限制,研究用水熱法萃取魚鱗膠原蛋白, 藉GPTMS(3-環氧丙基三甲氧基矽烷)為偶聯劑,交聯四乙基矽酸酯(TEOS)提供的矽網格、魚鱗膠原蛋白、低分子殼聚醣,選擇性添加具黏性多巴胺分子增強機械強度,製備兩種海洋 來源骨組織支架-殼聚醣膠原蛋白複合支架(Collagen Chitosan, CC) 及殼聚醣膠原蛋白多巴胺 複合支架(Collagen Chitosan Dopamine, CCD)。FTIR數據顯示CC支架經GPTMS作用成功產生Si-O-Si基團,CCD樣品中有多巴胺醌化學鍵結產生。NMR結果顯示CC和CCD支架順利開環 反應,證明材料成功合成。SEM可見加入多巴胺會讓CC孔洞變小、多孔結構消失。應力應 變曲線量測結果中知機械性質增強。體外實驗得骨組織支架具良好可控降解性,實驗後一個 月降解40%,支架強度約為人軟骨1/3,無細胞毒性。可嘗試免疫調節劑添加或結合其他生物 相容性材料,擴大骨組織支架應用性。

評估UAV資料與衛星資料在邊坡崩落潛勢機器學習模型之可應用性

邊坡單元(SlopeUnit)為分析邊坡穩定性之最基本單元,關於邊坡單元崩落潛勢的預測所需的主要參數(如高程、坡度、坡向、表面粗糙度與植被覆蓋、剖面曲率等)有機會透過 UAV所拍攝產生的 3D模型來推論。因此本研究預計探討以UAV這項工具進行邊坡單元崩落潛勢分析的可行性與效能。目前有關這項技術,利用衛星建置的模型已相當成熟能在邊坡崩落潛勢評估與預測上有良好的表現。本研究主要將多組不同解析度UAV資料與對照組衛星資料作為測試集放入隨機森林機器學習模型中評估其解析度與評分的關係及其替代衛星資料的可能性

研究淋巴細胞質蛋白-1在腎小管間質纖維化之角色

慢性腎衰竭的病人係腎功能在幾個月到數年期間逐漸而難以逆轉的衰退,其中腎臟纖維化在慢性腎臟病中的一個重要病理變化。此種現象主要是發生在腎臟的腎單位經由過濾或再吸收過程所造成。一旦腎臟損傷時腎絲球或空腔滲透發炎細胞活化,因而產生 ROS、纖維化訊息和發炎細胞激素等訊息。淋巴細胞質蛋白-1 (LCP-1) 是一種 F-肌動蛋白結合蛋白,與多種惡性腫瘤和非酒精性肝炎有相關性。但 LCP-1 在腎小管間質纖維化之功能性角色及分子機轉,至今仍然未知。本研究利用臨床慢性腎衰竭病人資料及細胞模式來釐清 LCP-1 是腎小管間質纖維化之生物指標蛋白及其調控腎小管間質纖維化之分子機制。

Establishment of a bacteria-based delivery approach in regulating mosquito development as a novel vector control strategy

登革熱是由埃及斑蚊傳播的疾病。近年其分布範圍不斷擴大,造成數百萬人死亡。病媒蚊控制對於防止疾病傳播至關重要,但目前尚無安全有效的疫苗以及治療藥物,過量倚賴殺蟲劑又造成病媒蚊抗藥性與環境問題,因此開發新型替代方案是當務之急。 本研究完成了一種 RNAi 新型殺蟲劑。以埃及斑蚊體內的 ADAM12d 作為標靶,由 qRT-PCR 評估,採用 RNAi 干擾的方式進行研究。經基因選殖後透過細菌載體,大量複製出 dsRNA,投放至埃及斑蚊二齡幼蟲的生活水域,抑制ADAM12d 表現。 結果顯示此 RNAi 殺蟲劑在發育過程使幼蟲出現蛻皮異常、生長緩慢、死亡率增加,達到減少病媒蚊的繁殖與孳生。亦已著手於實作層面研究。本研究結果將有助於確定 ADAM12d 的生物功能,也成功以 ADAM12d 基因作為一種新型的生物防治法。此 RNAi 的方式不會連帶殺死其他蚊蟲,也是完全針對有害病媒蚊蟲的,符合現行生態需求,有望成為有效新型藥物。

蔗糖、葡萄糖及果糖對阿拉伯芥幼苗 防禦基因PR1表現的影響

本研究藉由觀察不同濃度及種類的糖對 pPR1:GUS 轉殖株的影響,探討糖是否可以作為植物的危險信號,進而觸發植物的防禦系統。我們推測蔗糖環境濃度 0.5%、1%、2%及果糖濃度 6%時可以促進植物的防禦機制。我們認為可能是植物偏好蔗糖,所以發展出使用蔗糖作為危險信號。然而,在感病實驗中,我們卻發現使用 2%蔗糖條件處理植物根部及葉片,並不會增加植物的抗病性。

可同時用於霧水收集與風力發電的石墨烯仿生陣列魔毯

受到地區限制,偏遠地區一直面臨著缺水和缺電的問題。有許多解決方案,其中一個被視為在乾燥地區收集水的有效方法是薄膜霧氣收集技術。這項研究受到自然界沙漠甲蟲的啟發。我們在不吸水的石墨烯/PVDF基底上使用仿生的幾丁聚醣陣列,幫助水滴在霧氣中凝結和滾動脫落,使水收集效率達到0.63LMH。此外,我們使用石墨烯和離子液體一起誘導PVDF晶型自組裝成具壓電性的β相,獲得最適化薄膜的電壓輸出可達到13V(±6.5V)。我們還對於薄膜進行同時取水和取電的可行性評估,結果顯示,在4m/s的霧氣風速下,水收集效率為0.74LMH,發電功率為99.2mW/m2。基於上述研究結果,我們證實了使用單一薄膜利用霧和風作為驅動力,可實現同時產生水和電,這對解決偏遠地區的缺水與缺電問題提供了新的解決方案。

透過超音波敏感性聚合物膠束達成藥物投遞減少根管治療癒後復發的應用

藥物釋放技術被普遍使用在臨床醫學以及人體攝影,本研究將合成具有超音波敏感之兩親性聚合物,水溶液中自組裝形成聚合物膠束,內部裝載藥物,經輸送到特定部位以超音波刺激,進行藥物釋放。在特定部位釋放的特性使藥物可以在特定區域釋放。 本實驗是因應牙醫進行根管治療時,消炎藥物容易被血清分解,因此,我們希望設計出適當的高分子藥物載體。當藥物到達牙根管時,利用聚焦式超音波(HIFU)進行刺激投放,載體分解後,藥物順利到達患部,進行治療。 經文獻蒐集,我們選定 PEG-b-PTHPMA (polyethylene glycol block 2- tetrahydropyranylmethacrylate)以及 PEG-b-PIBMA(polyethyleneglycol-block- iso- butyl methacrylate)作為載體包覆藥物之高分子材料,利用其具有雙親性高分子的特性,在水溶液中自組裝成高分子膠束。經透析純化後,透過 DLS 與 SEM鑑定此高分子膠束之粒徑大小。同時也以 NMR氫譜與 GPC鑑定該高分子純度與分子量分布。

青出於藍,勝於藍

本實驗利用不同的還原劑,分別為檸檬酸鈉、蘋果酸鈉及酒石酸鉀鈉與氯化鐵及赤血鹽反應時,利用日光燈及LED燈即可驅動藍晒反應進行,不需像傳統的藍晒反應需照紫外光才可使反應進行,達到安全、便宜且不受天氣限制的實驗改良。在改變不同還原劑種類,及還原劑與氯化鐵比例時,發現還原劑、氯化鐵和赤血鹽混合的順序、有無加熱、及照光的燈源種類會影響藍晒圖、反應速率及吸收度大小。