全國中小學科展

2024年

Study on acoustic wave and disturbances in thermal flow fields

本篇研究說明了不同週期波對於熱流場與火焰搖擺之相關原理與運動觀察。實驗中運用了重低音音響去進行週期波的擾動,而我們也從中觀測到許多現象, 如:火焰的週期性搖擺、共振等等。此外,研究包含了確認熱流場被週期波擾動 之可能性與其狀態,也在理論與分析過程中,不斷的經由多項實驗去支持我們自行推導出的偏離角度與火焰恢復時間之公式 tr ∝ 𝑎 1/2b0.55 ≃ √b/a = √𝛽/𝛼 1/(1-ρf/ρa)∙ℓ2/gR (1 − 𝑘θ)

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。

以甲醇與甲酸為營養源評估甲醇利用菌的碳利用效能

全球暖化造成氣候危機,對人類生存的威脅愈來愈大,達成巴黎協定的淨零碳排刻不容緩。本研究擬以甲醇利用菌(Methylorubrum populi )做為碳捕集封存與再利用(Carbon Capture Utilisation and Storage/CCUS)的生物工廠,將甲醇(CH3OH)及甲酸(HCOOH)等單碳化合物合成生物質。經全基因定序及序列分析得知,M. populi 具有可以利用甲醇、甲酸進行生合成的多條路徑。同時將菌液以不同比例的甲醇與甲酸為碳源,在不同酸鹼值中培養,測量其生長曲線,由此推得倍增時間等各項參數,並分析乾燥後的菌體各元素佔比。分析結果顯⽰,在 pH6.3、以甲醇甲酸比 9:1培養 M.populi,碳儲存率可達 46.0%且在指數期生長快速,可達到有效減少溫室逸散至大氣的目的。

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

微流道-孔隙介質之排水時間與模式探討

孔隙介質內的流體運動涉及地球科學、生命科學、農業與工程應用等廣泛議題。為了瞭解孔隙介質內流體移動過程,本研究以孔隙介質排水過程為專題主題,利用自製的微流道模型,研究孔隙介質排水過程如何受到孔隙大小與下方開口大小的影響。此外,我們也利用Darcy’s Law 與 Kozeny-Carman equation,並加入飽和度變化帶來影響的修正,建立描述排水過程的公式。

可可殼生物炭活化過硫酸鹽降解四環黴素之性能、機制及其生物毒性研究

可可殼為鮮少被有效利用的農業廢棄物;四環黴素(TC)為水體中常見的有機環境賀爾蒙,殘留過量在環境及生物體中會造成威脅;生物炭將高纖維植物在無氧環境下高溫熱裂解,低成本、多孔且富含官能基。過硫酸鹽(PMS)具有強氧化性,且降解 TC 後產物較無害,已被廣泛應用。綜上所述,本研究欲以可可殼生物炭(CSBC)活化 PMS 降解 TC,促進永續發展。 本研究燒製不同溫度的 CSBC,並探討相關反應機制及參數後,找出的最佳化條件為: 300 mg/L CSBC-700 活化 0.3 mM PMS 降解 50 ppm TC。而後進行斑馬胚胎 96 hr 急性毒測試, 測試投放不同劑量的 TC、CSBC、PMS 之魚隻孵化與存活情形,並將最佳化條件投入測試後,對仔魚無發育與存活上的影響,可驗證本研究的應用性,望找出淨化環境水體的方法。

探討miR-17-92透過調控T細胞分化影響腎纖維化

我國慢性腎病人口約 14%,大多患者會因藥物或免疫疾病而走向腎纖維化。根據文獻, miR-17-92 會影響 T 細胞分化,分化的差異則會造成不同程度的腎纖維化。 本研究取不同基因型小鼠的 CD4+T 細胞做體外分化。結果顯示含 miR-17-92 基因較多的 T 細胞分化成 Th1 比例較高、Treg 比例較少,但對 Th17 無顯著影響。將小鼠腎纖維化模式處理的細胞進行 RT-qPCR 和染色實驗,觀察剔除 miR-17-92 基因的小鼠(簡稱 KO)腎纖維化的情形,發現造成腎纖維化的纖維蛋白、膠原蛋白和其 mRNA 的表現量均減少。將WT 和 KO 小鼠腎臟進行染色後,發現 WT 小鼠腎中 Th1 的數量較多,Treg 則較少。綜合實驗結果推論,miR-17-92 可以增加腎中 Th1、降低 Treg 的數量,而 Th1 則會加重腎纖維化的情形。期盼本研究能對腎纖維化疾病有所貢獻。