全國中小學科展

2024年

邁向淨零之低碳海水淡化整合技術

「2030 永續發展目標」,其中 SDG6 clean water 和 SDG13 的 climate action 讓我們開始思考怎麼樣可以讓人人能享有乾淨衛生的水以及面對氣候變遷的調適。我們建置一套液流式脫鹽電池實作海水淡化實驗,並將電極以碳布作修飾, 在 0.4 V 的操作條件下進行了 450 分鐘的海水淡化實驗。海水的導電度在淡室中從 45.36mS/cm 降至 0.29 mS/cm,並於濃室中提升至 76.17mS/cm。其 ASRR 為726.98μg/min/cm2,所需能耗為 55.29kJ/mol,電荷效率達 69.79%,成功的將海水淡化。分離後的鹵水再與二氧化碳及澎湖的玄武岩進行礦化反應實驗,在鹵水溶液礦化封存反應初期,二氧化碳與水溶液中大量的陽離子反應使得水溶液整體的濃度及 pH 值下降,使得整體反應趨向於玄武岩溶解反應;而隨著反應時間的增加玄武岩溶解量逐漸提高,水溶液中的陽離子濃度及 pH 值再度上升,使得整體反應自溶解狀態朝著礦化沉澱方向發展,在得到珍貴的水資源的同時還可將二氧化碳礦化,達到淨零的目標。

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。

Expected edge number of closed walks in a simple graph

對於一個連通簡單圖G,由點v作為出發點,每次皆以機率均等的原則選擇一條邊移動,在點跟邊都可以重複使用的情況下,移動的過程將依序形成一條道路,當第一次走回v時,則形成特殊的封閉道路,本文的研究是探討這種特殊封閉道路的邊數期望值。考量移動的過程中能否立即回頭,我將問題區分為兩種類型的期望值,利用矩陣解聯立方程組的概念,提供了演算法來求解。此外,我也進一步探討兩個期望值之間的相關性,並利用圖的總邊數以及點度數來刻畫期望值。我亦試著修改機率均等的原則,將選擇邊的機率一般化,探討期望值的特殊性質,從中刻畫出充分必要條件。

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。

藍已去除–探討二氧化鈦奈米線在不同製程下對亞甲藍的降解效果

本研究是探討將 P25 二氧化鈦改質二氧化鈦奈米線,其製程在可見光照射下對亞甲藍的光降解效果(10mg 奈米線降解 20ppm、15mL 之亞甲藍溶液)。首先我們在五種不同水熱溫度中找出最佳的製程溫度,接著以不同的水熱時間找出最佳製程時間,最後我們發現以TiO2/180℃/18hr 為最佳二氧化鈦奈米線製程條件,在可見光照射下降解率達 41.7%。接著以此二氧化鈦奈米線作為載體,添加 1.0%的銅、銀、鐵,發現添加銀可有效提高其降解率達60.4%。最後以銀作為固定添加金屬,改變濃度製作觸媒,發現以 1.0%的銀為最佳製程條件,降解率為 60.4%。另外我們對觸媒進行 XRD、SEM、PL、氫氧自由基檢測、BET、DRS 分析、觸媒回收率、二次降解及日光降解之效果。我們發現觸媒回收率可達 94.2%,二次降解效率可達 99.0%與 94.0%。

探討C1GALT1與IL-1受體醣基化在關節炎中的角色並尋找可能的治療藥物

C1GALT1為氧型醣基化的關鍵基因,若以 IL-1β與 TGF-β刺激 ATDC5細胞株模擬關節炎,C1GALT1 的mRNA 與蛋白質表現量增加,而這樣的趨勢在誘導關節炎的小鼠軟骨組織中也可以觀察到。抑制 C1GALT1 的mRNA 後,促炎基因-一氧化氮合酶(iNOS)與第二型膠原蛋白基因(Collagen II)的 mRNA 表現量下降,代表 C1GALT1 參與了促進發炎的調控路徑。透過以大數據為基礎的 NetOGlyc-4.0平台分析,我們發現小鼠和人類的 IL-1β受體上都含有可能的氧型醣基化位點,C1GALT1 可能透過醣基化 IL-1 受體以增加 iNOS 的表現,進而促進發炎。抑制 C1GALT1的mRNA會使 IL-1R1的蛋白質表現量下降,而抑制 C1GALT1的mRNA或是蛋白質皆可使 IL-1R1在核周內膜系統中的表現量減少,代表 C1GALT1所促進的醣基化修飾是調控 IL-1R1形成的關鍵,抑制 C1GALT1可能具有減緩關節炎的療效。伊曲康挫(Itraconazole)可抑制 C1GALT1 且對人體傷害極小,透過老藥新用,或許能夠應用於治療關節炎。

惡意程式無所遁形—以自然語言處理模型實現惡意程式之識別

本研究旨在運用自然語言處理技術,建立辨識惡意程式的模型。首先在資料集方面,分為 PE資料集與 ELF資料集,均包含良性及惡意執行檔,且蒐集惡意程式時採用多種不同之惡意程式家族。接著對資料集進行反組譯及前處理。使用反組譯後的組合語言檔作為文本,訓練模型以區分良性和惡意程式。研究比較詞袋模型、序列模型、BERT 以及不同 n-gram對模型的影響。 研究結果顯示。詞袋模型以使用multi-hot編碼表現最佳,PE資料集之F1-score為96.87%;序列模型則是有位置編碼的 Transformerencoder 表現最優。在不同 n-gram 的比較,multi-hot詞袋模型與 TF-IDF 詞袋模型,分別在 2-gram 及 5-gram 有最高的 F1-score。

論屏東地區午後對流雨與氣象要素之關係

屏東地區是台灣重要的農業產區,盛產鳳梨、芒果等多種水果,而瞬時的強降雨經常造成農業損失,甚至造成土石流或山崩。本研究中主要探討屏東地區四個氣象站在有無午時對流雨事件時,其對流雨與氣象要素相關性。首先我們分析屏東地區午後對流雨與氣象要素的時序分布,發現有無對流雨事件時並無太大差異性。接著分別探討氣象要素在有無午後對流雨事件前頻率及條件機率之逐時變化。根據結果,發現如果 1)實際水氣壓大於 22.5hPa,2)相對濕度介於 55%至 75%,3)風向轉向西南風、北風、或東北風,則發生對流雨的機率會增加。推測上述參數可能與太陽熱力效應及夏季西南季風有高度相關。未來將各氣象要素進行權重的分析,以期找出一合理模式,進而預估降雨發生。

滴肆縱橫-探討不同液池移動速度與液滴反彈情形的關係

液滴碰撞的實驗不勝枚舉,然而,若液滴撞擊處為移動中的液池,對液滴碰撞會造成甚麼影響呢?此研究不同於其他液滴碰撞實驗,下方撞擊處為移動中的水面。我們在參考許多文獻資料後,設計實驗並且自行製作一套實驗裝置,以高速攝影機搭配電腦進行拍攝,結果我們發現:液滴反彈的傾向受到水平速度的影響,且液滴碰撞後反彈/融合的邊界之韋伯數在不同水平流速下並非定值,其隨著水面流速的增加而上升。除此之外,當液滴反彈時可以分為兩種行為模式:部分反彈以及分離反彈,兩者的發生也與液池流速以及韋伯數相關。最終,我們透過實驗,推論液池流速影響液滴碰撞結果的原因,可能與液滴下方氣膜、空腔受液池作用有關。

3-氨基苯硼酸修飾的奈米纖維素與二硫化物交聯製成的核酸奈米水膠在抗癌藥物載體的應用

為了改善癌症藥物載體的標靶性,3-氨基苯硼酸與二硫化物同時拿來修飾天然材料奈米纖維素和植物核酸。3-氨基苯硼酸可以和高度表現唾液酸的癌細胞結合,二硫化物可以被癌細胞內高度表現的穀胱甘肽切斷雙硫鍵而釋放藥物。利用油包水的乳化方式,將化療藥物包覆。這些雜合奈米膠粒徑界於 100 到 150 奈米之間,是帶負電的球狀構造。高濃度(2 毫克/毫升)的奈米膠對正常細胞的毒性很低。3-氨基苯硼酸修飾的組別可以誘發更多的癌細胞死亡,而且比二硫化物的標靶效果更好。具有 3-氨基苯硼酸修飾的組別可以促進更多的癌細胞吸收化療藥物,以及被細胞核染劑染上螢光。本研究提供標靶性藥物載體在癌症治療一個替代的方式。