全國中小學科展

2025年

第一電池-探討利用地衣共生真菌與藻類建構長效微生物電池之可行性

本研究旨在探討如何利用地衣共生藻類與共生真菌天然的互利性來建構長效的微生物電池,此實驗將培養出的地衣共生真菌與藻類利用海藻酸鈉(SA)進行固化,並進一步製成不須添加質子交換膜的晶球地衣電池,並觀察其發電量。經觀察,本研究之地衣電池電壓高峰為0.497 V,且目前已維持運作1038小時,電壓仍有0.3 V。由上述可知,利用海藻酸鈉固化之方式能製作出穩定且高效能的地衣電池;而地衣取自於自然環境,亦不需添加質子交換膜,故對成本低廉且環境友善成本低廉,符合永續發展目標(SDGs)中的目標七:確保所有的人都可取得負擔的起、可靠、永續及現代的能源。期許未來能夠發展為具備實用性且低成本的綠色能源。

開發共聚凝膠應用於金屬離子之富集吸附與回收

水凝膠被廣泛應用於生醫材料方面,其特性可用來吸收大量溶劑、生物流體,或是吸附水樣中的物質,其中應用於吸附金屬離子以淨水為最具發展潛力。本計畫將N-異丙基丙烯醯胺與幾丁聚醣反應形成共聚物NIPAAm-g-chitosan水凝膠,此合成水凝膠具有 生物可降解性、溫度敏感性,探討不同嫁接程度之共聚物對金屬離子之吸附效率。目前研究從FTIR確認已成功合成出NIPAAm-g-chitosan水凝膠,且膨潤率可高達約900%。此NC水凝膠比幾丁聚醣更具廣泛的pH溶脹範圍,且在150℃高溫下不會熱裂解,顯示其穩定性佳。對於金屬離子的吸附,NC水凝膠的吸附率皆較幾丁聚醣 為佳,對於鈷離子的吸附率更可高達75%,應用在工業廢水的檢測會是一大效益。

心理韌性的個別差異與心流、生理、認知方面之間關聯

由於心理韌性相關研究中,較缺乏以認知能力正常的普通人做為研究對象,因此本研究希望透過了解心理韌性與生理(血液)、認知(神經心理測驗)、心理(心流、憂鬱程度)在普通人之間的關聯,進而增加對韌性的瞭解。透過心理韌性量表BRS、CDRISC及RSA、心流量表FSS、貝克憂鬱量表BDI、神經心理測驗WMS、WAIS與血液檢驗報告,收集各項數據,並利用t檢定及Pearson correlation,找出具顯著關係者:心理韌性與心流成正相關、與飯前血糖濃度成正相關、與憂鬱程度呈負相關,以及與神經心理測驗呈負相關。然而韌性與血糖、認知間的顯著去除年齡因素後便會消失。

天狗現形劑-研發分辨四型登革病毒之抗原快篩試劑

登革熱(Dengue Fever)俗稱天狗熱,由登革病毒(Dengue virus; DENV)透過埃及斑蚊(Aedes aegypti)和白線斑蚊(Aedes albopictus)傳播並於熱帶及溫帶地區肆虐。每年全球約有五千萬至一億人感染登革病毒,約有五十萬人因登革出血熱(Dengue Hemorrhagic Fever; DHF)而住院。登革熱主要流行於熱帶及亞熱帶地區,尤其是與台灣頻繁往來的東南亞國家,其中一型與二型在東南亞國家病例數較高。當不同血清型登革病毒交錯感染容易引發登革出血熱以及登革休克症候群(Dengue Shock Syndrome),對公共衛生構成重大挑戰。因此研發可快速辨識四型登革病毒之檢驗試劑將有助於提升臨床診斷與後續治療。本報告的研究結果有三項,(1)四型登革病毒NS1 (Nonstructural Protein 1)蛋白的表達與純化:利用分子生物技術成功構建載體並純化四型NS1蛋白,作為免疫原蛋白用於小鼠免疫;(2)單株抗體的篩選與親和性測試:經三次免疫後,利用小鼠脾臟細胞與骨髓瘤細胞進行融合,篩選並生產針對NS1蛋白的單株抗體(monoclonal antibody, mAb),並通過酵素結合免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)驗證抗體的專一性及親和力;(3)快篩試劑的開發與性能測試:運用側向流體免疫層析法(lateral flow immunoassay)設計並組裝快篩試劑,先以重組蛋白進行初步測試,隨後將使用去活性病毒進行性能驗證,確保試劑的靈敏度與準確性。期望這些研究成果有助於台灣登革熱防疫且為臨床治療提供參考。

碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率影響

脫水技術在酵母菌應用方面則對保存和傳播重要的菌株十分有益。然而,脫水處理的酵母菌常常出現存活率過低的問題,若將生產規模擴大,導致的損失將不堪設想。 本研究探討脫水逆境下碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率的影響。發現酵母菌面臨脫水生存逆境,會透過粒線體分裂與融合維持活性,此機制與DNM1密切相關。脫水前階段提供葡萄糖碳源可使酵母菌抵抗脫水逆境能力最佳,反之乙醇最差。甘油調節細胞內氧化還原平衡和滲透壓有助於細胞存活。脫水後復水階段提供葡萄糖可使酵母菌存活率最高,乙醇最差。脫水前碳源改變對存活率的影響更為顯著,而SNF1機制調控是影響酵母菌代謝養分及存活率的重要因素。 本實驗成果可提供酵母菌在食品工業、製藥、化工及生物燃料等領域的培養和保存技術,提高酵母菌的存活率和利用效率以減少浪費,具廣泛應用前景和經濟效益。

平面及空間中直線循環的矩陣變換

此份研究主要探討:給定一組平面中或空間中的n條直線L1、L2、…、Ln,就這n條直線的相對位置、交點情形及n,判斷是否存在矩陣變換T使得Lk可經由矩陣A映射到Lk+1,其中k=1,2,…,n且Ln+1=L1,並討論矩陣的唯一性與求出矩陣的一般模樣。

「飛到西飛到東」對應異頻穩定三角訊號之波形分析

本篇研究以探討多重訊號同時輸入時的訊號干擾問題出發,類比至國立臺灣師範大學數學系游森棚教授所提出的數學問題: 飛到西飛到東」,希望藉由導出多質點移動速率與其距原點間的位置關係,找出訊號重疊程度之峰值條件,藉此有望應用於硬體接收器的訊號輸出處理,或類比至電路設計與物流規劃等,達到避免相互干擾與提升傳輸效率的功用。 在內文中我們先以分段討論的方式解決期刊問題,並導出在任意系統中可快速辨別物體運動狀態之高斯函數。隨後以參數化曲線路徑與向量式的質點位置,拓展主題可適用範圍的自由度,再以高斯函數法和傅立葉級數法得出解型式之聯立組,最後利用數系之封閉性,將主題進一步約化處理。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論利用1、2、3 個圓去覆蓋三角形,並分銳角、直角、鈍角三角形做分類,有完整的結果。並且在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律,並連結「雙曲函數」與覆蓋圓面積和之間的關係。 最後,我們研究覆蓋圓面積和與三角形面積的比值及其最小值,並討論覆蓋圓圓心之連心線的相關性質。

大氣常壓微電漿合成共價有機框架應用於光催化降解汙染物

為了解決水污染問題,本研究探討共價有機框架(COF)作為光催化劑的應用。COF具備高度可調孔洞、高穩定性及選擇性吸附等優勢,有助於有效去除水中污染物,對未來具有前景。本實驗採用大氣常壓微電漿合成COF,此方法能在室溫下以水為溶劑,無需高溫或有毒化學品,並僅需一小時即可完成合成,具有綠色化學優勢。實驗結果顯示,成功合成的COF能有效降解水中常見染料污染物(結晶紫及亞甲藍),證明了COF的高效光催化性。在紫外-可見光光譜中,隨著光催化反應的進行,染劑吸收波峰顯著減弱並幾乎完全褪色,確認了COF優異的降解能力。掃描電子顯微鏡圖像顯示,COF的高度有序孔洞結構提升了其催化活性與穩定性。這項技術不僅能高效處理水中有機污染物,還具備廣泛應用潛力,有望為全球水污染治理與環保提供新思路。

以卵黃細胞模擬紅血球在血管中之流動表現與潛在應用價值

本研究以塑膠水管、雞卵細胞搭配不同液體黏度,建置出七種生理情境,並藉由蒐集卵黃形變狀態、速率、側截面積,建構紅血球在血管中流動表現的模型,希望能達到預測生理情境的效果。研究的最後,我們使用Python撰寫程式,協助自動追蹤卵黃的最大瞬時速率與當下的側截面積。本研究發現卵黃會因流動速率的變化產生相對形變避免破裂;當模擬正常微血管時含有0.03%酒精,流動速率會提高;當模擬緊張型微血管時含有0.5%酒精,流動速率較接近正常微血管。另外,模擬微血管中的卵黃若在流動時受到阻力,比表面積會增加,但在小動脈模擬中卻相反;在模擬緊張型微血管時,隨著管內液體黏度上升,卵黃出現最大瞬時速率的位置離心臟越遠。