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2024年

以計算化學探討全取代四氫吡咯酮的不對稱合成

本研究探討之四氫吡咯酮作為一種常用的藥物骨架,其已被發現在多種藥理學方面具有應用價值。本研究所探討的反應結合了文獻中的含氮五元環合成方法以及另一篇文獻當中以雙氫鍵予體催化劑進行不對稱催化的原理,並利用計算化學的密度泛函理論對此反應進行熱力學分析。 本研究共分成四個階段,第一個階段為方法學測試,在此階段我們選定了以 ω-B97X-D 與 B3LYP 兩種方法進行後續實驗;第二階段則分析了本研究探討的四氫吡咯酮的各種異構物,並選定後續進行熱力學模擬的異構物;第三階段分析了此反應在不同溶劑下的可行性, 發現使用低介電常數溶劑(如:甲苯)對於反應可行性有正向幫助;最後一個階段則為催化劑改良,並發現到在催化劑的氫鍵予體旁加上拉電子官能基可降低反應活化能。在未來,我們將更進一步改良催化劑,試圖改變催化劑對各式立體異構物的反應可行性。

以LoRa物聯網通訊技術及去中心化網狀網路構建緊急救難發報系統

網際網路高速發展時代,為解決身處於無蜂窩訊號涵蓋範圍下,可提供通訊服務及緊急呼叫的手持無線電及衛星服務昂貴不普及,因此本研究採用遠距離、低成本、ISM免執照頻段的LoRa物聯網無線電技術,透過其啁啾調頻技術(Chirp Spread Spectrum)、高鏈路預算等優勢,以「人人皆為基地台,亦為客戶端」理念,設計P2P去中心化網狀網路(Mesh Net work)節點傳輸協定和低廉可負擔的通訊裝置,應用於SOS緊急救難呼叫、短文通訊、定位回報等。在固有網路系統不可用時也得以獨立組網,無須高昂的修建維護成本。也可透過搜救無人機、高空氣球等,快速部署Gateway於高山極地、無訊號區、第三世界國家等情境場所,促進人類福祉達成聯合國SDGs永續理念,未來將技術結合低軌道衛星,較其他衛星技術更經濟、環保,並覆蓋全球範圍達成無死角通訊。

死水現象—船速與內波之關聯探討

當船開過水面,因為內波而產生船速下降甚至停滯不前的現象,稱為「死 水效應」。此現象好發於初春冬冰消融之際、河川出海口等容易出現穩定密度分層區域。本研究主要針對「死水效應」進行探究,運用食鹽水製作密度分層,在水槽中利用模型船模擬現實中可能發生的情況,了解內波與死水現象的 關聯。 結果顯示當拉力較小、船重較重、上層水較薄、下層水較厚時,較容易發 生劇烈的死水現象。無論船速為何,在 Froude number 接近 1 時皆會受到內波影響,造成加速度減緩,當加速度達到負值,稱為死水現象。船一旦發生過一 次死水現象,並再加速時,船尾流會增強殘存的波,船極有可能再次陷入死水 現象,使得 Froude number 在 1 附近上下震盪,須等內波破碎或分層混亂時才 能完全脫離死水現象。同時本研究也發現船速與平均波速具有一關係式,可協 助進行觀測上等用途。

格子點的可見性研究

本文的主要結果有兩部分,第一部分,對於固定的𝑏 ∈ 𝑁以原點 O為觀測點,𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥𝑏, 𝑎 ∈ 𝑄為觀測視線,觀測目標為格子點陣列𝑉(𝑚) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑚, 1 ≤ 𝑗 ≤ 𝑚 },研究其中可見點的數量與機率。我們發現可見點的數量與歐拉函數及默比烏斯函數有關,可見點的機率也與黎曼𝑧𝑒𝑡𝑎函數具有關聯性。第二部分,對於固定的𝑏 ∈ 𝑁,我們在 𝑥軸與𝑦 軸上布置觀測點,以布置的觀測點為新原點,𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥𝑏, 𝑎 ∈ 𝑄為觀測視線,研究將目標點集𝑉(𝑚 × 𝑛) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑚}完整觀測的布點方法與數量。得到重要成果如下,設正整數𝑚 ≥ 6且𝑇 ⊂ {1, … , 𝑚 + 1}為一個 𝐹(𝑚) −覆蓋,𝑟為大於𝑚的最小質數,對於目標點集𝑉(𝑚 × 𝑛),建構觀測點集 𝑆2 = {(0, 0), (0, 𝑟)}∪{(𝑡, 0) | 𝑡 ∈ 𝑇},則 𝑉(𝑚 × 𝑛)為𝑆2 −可見。並進一步研究將目標點集改為𝑉(𝑛 × 𝑚) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑗 ≤ 𝑚},發現其所需要的觀測點數可顯著減少。

衛星影像分析-集集攔河堰水體計算

本研究利用福爾摩沙衛星 5 號及 Sentinel-2 之衛星影像監測 2018-2023 年集集攔河堰集水區的變化量值,並利用 Semi-automaticClassificationPlugin(SCP)及 NormalizedDifferenceWater Index(NDWI)兩種指標運算方式,比較集集攔河堰的水體面積變化及兩種指標的差異與應用。結果顯示 NDWI 相較於 SCP 更接近水利署所提供的航照資料,因此 NDWI 在測量水體範圍上具較高可信度。 如果用(面積×水位高度)無法真實計算可利用的水資源,因為水面下的沉積物會隨時間增減或遷徙。因此我們利用地表輻射值與數值高程模型(DEM)模擬水下的沉積物堆疊情形。為證實地表輻射值與地形有關聯性,因此利用水利署光達剖面圖資與本研究計算結果比對,發現乾季時模擬結果與光達實測地形資料高度相似。 此外亦利用 NDWI、NDVI 與空拍圖的相互比對重新細分不同物質在 NDWI 的適當數值區間範圍,能有效將濕砂石與深水區分離,並應用於其他及水樣區。

以限制酶酵素切位多樣性檢驗臺灣入侵紅火蟻基因體重組事件

入侵紅火蟻( Solenopsis invicta,以下簡稱紅火蟻) 起源於南美洲巴拉那河流域,其對於農業、畜牧業、甚至對人的健康都具有高度危險性及破壞性。由於國際貿易地興 起,紅火蟻目前已於包含台灣在內多個國家中被發現並在當地造成危害。為了對抗紅 火蟻造成的影響,瞭解紅火蟻的基因將是個有效的方向。故希望從決定紅火蟻的性別 決定基因之候選位置中探索其重組率以更精準地定位性別決定基因的所在位置。本篇 研究選用紅火蟻其中兩條等位基因序列,分別標記為 H04、H07。對於紅火蟻來說,正常情況下單套個體將發育成雄蟻、雙套且為異型合子的個體將發育成為雌蟻(職蟻或處 女蟻后),然而同型合子個體則會發育為不孕的雙套體雄蟻。本實驗利用限制酶酵素切 位多樣性( Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP )技術,使用 MEGA 軟體將H04、H07 序列之同源序列做排序後,使用 Ape 軟體找出其候選酵素切位並篩選出於不同等位基因序列上具有多樣性之切位後,利用聚合酶鏈鎖反應( polymerase chain reaction, PCR )、酵素酶切割及電泳凝膠技術,找出理應為異型合子之雌蟻中只具有 H04 或 H07 序列其中一個訊號之個體,即代表該區域曾發生過基因體重組事件而應被排除出性別決定基因的候選位置。我們成功確認 H07、H04 的 90 個樣本中,同型合子共有12 個、異型合子共有 78 個,並且雄蟻皆只偵測到一個訊號,符合預設。未來繼續縮短範圍,直至找尋到決定紅火蟻重要基因序列。

老化相關之組蛋白N端乙醯酶Naa40p於小鼠神經細胞HT-22的功能探討

表觀遺傳學(Epigenetics)是研究行為與環境因子如何對基因表現產生影響, 主要是藉由DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼核醣核酸來影響基因表現, Naa40p (N terminal-alpha-acetyltransferase 40 protein) 也稱為NatD、Patt1或Nat4 是一種組蛋白乙醯轉移酶,修飾組蛋白H2A及H4。在酵母菌的研究中,Naa40p 的缺失可以延長酵母菌的複製壽命(Molina-Serrano D., 2016)。在The Human Protein Altas資料中,可以看出人體中Naa40p在腦部有較高的表現。因此想了解Naa40p在小鼠海馬體神經細胞HT-22中具有什麼樣的功能。 藉由CRISPR基因編輯技術產生Naa40p剔除的突變株,進行細胞功能的檢測,在移動能力相關的傷口癒合測試中,Naa40p剔除的突變株癒合速度明顯快於野生型,期望能藉由更多細胞功能的檢測來更全面地了解Naa40p於神經細胞相關的功能與機制。

無限棋盤上的各種騎士

騎士巡遊是一個著名的圖論問題,指的是給定一特定大小的棋盤,讓騎士透過日字型移動看是否能不重複的通過每一個點,若最後回到原點,則稱為哈密頓迴圈(閉循環),若否,則為哈密頓路徑(開循環)。而這兩種問題前人都已經研究出了成立條件,因此我決定研究當騎士不再透過日字型的移動會發生什麼事,並探討能否透過特定移動方式,讓騎士能夠在無限大的棋盤上,不重複的通過每個格子點形成開循環。 而我的想法是先透過尋找騎士能走出來的單位圖形(矩形等能夠拼接成無限大平面的圖案),如此,我的目標是著重在找出他們的單位圖形並想辦法拼接。

使用大型語言模型生成音樂中的故事

本研究旨在探索大型語言模型如何應用於音樂生成故事。研究動機源自音樂作為文化中不可或缺的一部分,但若要以文字精準表達出音樂中的故事情緒尚屬困難,藉由本研究提出的方法可以使故事顧及到音樂的情緒起伏。隨著 AI 的發展,我 們開始看到它們在各領域的應用。這項研究的目的是製作出一個系統能以音樂作為輸入,輸出音樂內的故事,為達成目的,我們結合多個模型。研究使用 PyTorch等工具,並探討文句和音樂的共同表示方法,實現情感匹配。研究結果顯示,音樂和文句情感辨識模型表現不錯,也研發出一個完整的生成流程。目前已有直接生成音樂的模型,也有把音樂統整介紹的模型,卻沒有依據音樂中的情緒生成故事的模型。我們研究就是在解決這個問題,結合到 LLaMA2預訓練模型生成出具情緒浮動的故事,要注意的是 LLaMA2的輸出限制最多只能有 4096個token。我們將此產生過程稱為 MTSPL (Music To Story Procedure with LLaMA)。

好咖配好茶

本研究取樣淺焙及深焙咖啡渣與茶葉渣經過不同時間發酵後當作肥料進行白菜植栽顯示,白菜種籽適合於酸性咖啡土中發芽,而茶葉土 pH 值較鹼,雖會延緩發芽,但營養高,於成長後期更有利白菜生長,並以發酵 2 週土最佳。接續擇優取淺焙咖啡土與茶葉土混合當肥料,或進一步使白菜籽於淺焙咖啡土發芽後再移植至全茶葉土,最佳可獲得比淺焙咖啡土高出 5.17 倍或甚至 15.8 的成長效果。茶葉土營養佳除與發酵後茶葉成分有關外,土壤中富含溶鉀及溶磷等菌種亦扮演關鍵角色。此外,富含鉀離子的茶葉土所種植的白菜能透過關閉葉片氣孔、使澱粉代謝,並藉由根部提前累積脯胺酸來應對滲透壓變化,以增加根系與葉片對抗鹽逆境與缺水的問題。本研究利用適化咖啡土 pH 值與茶葉土養分相互搭配,可有效縮短發芽時間、大幅增加產率,提升耐鹽抗旱能力,除有助活化廢棄物外,並可提升農業競爭力。