全國中小學科展

2025年

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與Dabrafenib對未分化性甲狀腺癌(ATC)進程機制之探討

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與上皮細胞間黏附、信息傳導、增殖與分化等功能有密切關係,已被證實會在多種上皮癌細胞中大量表達,被視為一種可行的臨床標記。透過 細胞存活率、細胞群落、轉移與侵入試驗,觀察到EpCAM能增強未分化性甲狀腺癌(ATC)的細胞增殖、生長、轉移與侵入能力。 此外實驗發現dabrafenib小分子抗癌藥物處理的ATC,其細胞增殖、生長、轉移與侵入能力均有下降的趨勢,而細胞凋亡程度則有顯著的上升。此次研究藉由西方墨點法發現,磷酸化ERK蛋白的表現量隨dabrafenib濃度的上升而逐步下降,顯示dabrafenib能夠抑制ATC細胞訊息傳遞路徑中ERK蛋白的磷酸化,進而影響ATC的生長。若能深入了解EpCAM和dabrafenib在癌細胞中的作用機轉,EpCAM相關藥物與dabrafenib未來在臨床應用上,或許能為ATC患者提供另一種新的治療方式。

探討粒線體蛋白質GATD3A的結構、功能以及去糖化機制

GATD3A 是粒線體中的蛋白質,被推測可能具有「去糖化」的能力,能移除AGEs。糖尿病、帕金森氏症、阿茲海默症皆與人體中過高濃度的AGEs有關,因此GATD3A具有相當高的研究價值。 本研究探索GATD3A(麩醯胺酸轉移酶樣1 類結構域 3A),經基因合成與蛋白表現後,大量製備蛋白質並探討其結構與功能。目前已得到蛋白質最佳製備環境、成功培養出蛋白質晶體,進行了結構分析,了解其結構、保守性、親水性及電性等,對於酵素適合反應的溫度、pH值也有初步了解。未來也會利用酵素動力學計算酵素活性、並製備糖化蛋白質,進行去糖化測試,探討 GATD3A 是否具有臨床運用於糖尿病患者之糖化血紅素去糖化的可能性。

歐氏空間中固定圖形在整數格點的最大覆蓋

本作品針對固定格點中的最大覆蓋進行研究,探討三角形與平行六面體的最大覆蓋面積與體積,以及此時的作圖圖形。對於三角形,我們的研究對象為平面 9𝑛2 格點,我們觀察出每三圈格點為一個作圖單位,並藉由定義點集合範圍來證明最大面積三角形。為了證明所提出的猜想,我們以三個正方形與四個三角形之間的轉換關係為方向進行研究,並求出相同旋轉點三角形的大小關係,將坐標分門別類後加以探討。至於平行六面體的部分,我們則研究立體 8𝑛3 格點,在提出最大體積總和之猜想後,以底面積與高兩方面來推算出最大體積,最後將平行六面體依據平面法向量分成數類以證明猜想。

Japanese triangle之探討與推廣

本作品在探討2023年IMO問題5中所提到的關於日式三角形(Japanese triangle)之問題,日式三角形是將1+2+...+n個圓排成正三角形的形狀,使得對所有i=1,2,...,n,由上往下數的第i列有i個圓,且每一列都有一個圓塗成紅色。日式三角形中的忍者路徑是一串由最上列到最下列的n個圓,其中每個圓連到其下一列與之相鄰的兩圓之一。我們分成兩個研究方向:一、找出k的最大值,保證在每一個日式三角形中,有一條包含至少k個紅色圓的忍者路徑。二、找出k的最小值,保證在每一個日式三角形中,有一條包含至多k個紅色圓的忍者路徑。 研究中,我們一般化每列的紅圓數為任意自然數𝓵(若該列總圓數不足𝓵則以該列總圓數塗色),並將問題推廣至空間三角垛的情形。最後,我們將𝓵=l的情形推廣至高維空間。

「硫」不住的「紅」塵── 探討二硫化錫降解羅丹明之研究

本研究將不同比例的硫.與二氯化錫,在固定溫度200℃、加熱時間9小時,所合成出的壓電材料SnS2用來降解羅丹明染料,實驗結果發現以莫耳比1:4為最佳,降解率可達到96%。接著固定莫耳比1:4及溫度200℃下,發現在不同水熱時間時以水熱九小時的SnS2觸媒降解效果最好。最後本實驗以固定比1:4及水熱時間9小時在不同水熱溫度所合成的SnS2觸媒,以水熱溫度200℃時的降解效率最好,可達到96%。接著我們將最佳合成條件的觸媒對不同濃度的羅丹明進行降解,可發現當羅丹明濃度達到50ppm時,只需要2秒降解率即可達到99%,即使濃度達到70ppm時濃度降解效果仍可達到86%。最後對SnS.觸媒進行SEM分析發現顆粒大小為微米等級,而在PL分析發現本觸媒具有活性的能力且符合實驗結果。

新型微生物燃料電池於能源/水再生之研發

本研究探討新型微生物燃料電池(MicrobialFuel Cell, MFC)在能源再生及水資源處理中的應用。隨著全球氣候變遷和污染問題加劇,開發低碳、可持續的綠色能源為當務之急。MFC利用微生物將廢水中的有機物轉化為電能,不僅達到低成本、低碳排放的優勢,還具有處理廢水、產生電力等功能。本研究使用不含 「全氟/多氟烷基物質 (per- and polyfluorinated alkyl substances,PFAS)」的煤灰陶瓷隔離膜,並將市售的石墨氈電極進行改質, 以探討電極表面積(3x3、4x4、5x5 cm²)及不同材料(石墨紙、石墨氈、改質石墨氈、碳布)對MFC性能的影響。結果顯示,在電極表面積為4x4 cm²表面積時產電效率以及去除污水的效率最佳,顯示較小的表面積差異對MFC影響效果不大;電極材質則以石墨紙表現最優,但經改質的石墨氈在發電效果及去除污水的效率上皆接近石墨紙。本研究可為MFC在污水處理和能源再生中的應用提供了重要的數據參考。

日本南海海槽長微震特性比較及其與環境參數之關聯

本研究利用Slow Earthquake Database長微震資料探討日本南海海槽長微震事件發生的特性、嘗試找出造成此區長微震發生的原因。我們將日本西南部的四國島、紀伊半島、愛知縣依空間細分為八個小區,分區將長微震的資料繪製成圖表,並利用快速傅立葉轉換Fast Fourier Transform進行頻譜分析,尋找該區長微震的活躍程度及復發週期,復發週期為一季至一年不等。另外,我們也將環境參數與長微震的月平均發震時長做比較,發現兩地皆與風速呈負相關、和累積雨量推遲1~2個月後兩者間成正相關、和地下水位高度呈負相關。潮汐與長微震的相關性上,潮位高度的影響較漲退潮狀態顯著, 但兩者均對長微震的發生有著正相關。

麥克納姆輪車直線 360 度全向控制與角度誤差之探討

近年來,作者觀察到餐飲業及飯店業引入自主移動機器人(AMR)提供服務,受到廣泛歡迎。不僅如此,隨著AI的風潮,愈來愈多產業引進機器人補足人力的空缺。就輪式機器人而言,麥克納姆輪具相對優異的機動性和運動靈活性,但傳統麥克納姆輪的行進模式只侷限45度倍數的方向。針對此限制,本研究分析傳統麥克納姆輪的合力方向,通過數學推導和實際控制方式的驗證,確認其18個方向移動的數學式,再利用ESP32-S單晶片的WIFI驅動控制系統,實現並驗證 合力分析結果 接著,進一步 建立 麥克納姆輪的全向 360 度直線移動的數學式, 並且用 PWM 脈波調變,實現全向控制。此外,分析地面材質對車子移動的影響,測試出麥克納姆輪適合的地面材質,針對誤差給出可能的校正方式以達更精密的控制。希望就本研究結果擴展未來的應用範圍及使用價值。

大生熊蟲自體螢光於檢測蔬菜硝酸鹽之應用與螢光機制探討 Application and Mechanism of Tardigrade Macobiotus Autofluorescence in the Detection of Vegetable Nitrates

利用鏡檢大生熊蟲形態檢測蔬菜中硝酸鹽壓力,常有形態判別問題,本研究想利用其自體螢光開發新型檢測模式,利用硝酸鹽壓力下其活動與隱生比例差異與自體螢光強度關係,檢測硝酸鹽濃度。顯示其自體螢光最佳激發波長為488 nm,製作檢量線(R2=0.99)與自製裝置使用470nm波長激發以壓克力濾光(R2=0.97)可檢測0〜156 mg/L硝酸鹽,可改善鏡檢缺點,並嘗試應用,發現蔬菜硝酸鹽 (小白菜492mg/L),超出其自體螢光檢測極限,且蔬菜萃取液會影響大生熊蟲自體螢光,目前能進行定性分析,後續將分析蔬菜中造成干擾物質,繼續評估其應用性。探討其螢光機制,利用組織切片,探討大生熊蟲自體螢光強度與表皮層厚度在隱生和活動狀態下,是否具有相關性,發現脫水樣本自體螢光強度與螢光面積較活動樣本無差異(p>0.05),推測自體螢光強度會受到其隱生時體表收縮程度有關。

電化學還原結合薄膜蒸餾技術實現高效氨氮資源循環回收

本研究旨在開發一個綜合系統,利用電化學還原技術將水中硝酸鹽轉化為氨氮,並結合薄膜蒸餾技術進行氨氮的濃縮與回收,實現資源循環利用與廢水處理的雙重目標。研究首先評估了不同操作電壓對電化學還原效率的影響,優化了將硝酸鹽轉化為氨氮的效果,當驅動電壓為1.2V時,可有較完全的硝酸鹽還原效果,並無硝酸鹽的中間產物亞硝酸鹽,硝酸鹽去除率最佳接近90%,氨氮產率亦可達7000mg-N/h/m2加上其能源消耗亦較低,因此1.2 V為最佳操作參數之選擇。隨後,針對薄膜蒸餾技術的應用效果進行測試,評估其氨氮回收效能。最終,綜合評估了電化學還原與薄膜蒸餾技術的整合應用,結果顯示該系統能有效實現氨氮的資源化回收,對廢水中的氮污染治理具備潛在應用價值。