全國中小學科展

2025年

區域水流流場3D重建系統的探討與應用 Discussion and Application of 3D Reconstruction System for Regional Water Flow Fields

本研究透過JY61P六軸加速度陀螺儀與ESP-32S控制板,製作出球形水流流場監測模組,藉由Unity 3D軟體與C#程式編寫,擬合出水域的水流狀況,再搭配空拍圖與水域深度探測,進行水域模型的建立。在沙崙海水浴場水流模型,發現當水流由西南方進入模型時沿岸流會順著海岸線流入鳥喙地形,與本研究模擬出的水流流場相符,確認所設計之區域水流流場3D重建系統的可行性與準確性。若將水流流場監測模組連接GPS浮標,可方便回收監測模組並輔助水流流場監測,能探測更深、更廣的未知水域流場。 本研究建立的區域水流流場3D重建系統,可廣泛應用在未知水域的模型建立,發揮預警功能。在青山瀑布水流流場監測實驗中,發現在瀑布水潭中,不同的深度有不同的水流差異產生;且在不同位置可能會有斷層式的地形高低變化,因此在未知水域活動時,應注意水域環境狀況以確保自身安全。

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。

沙波紋與新月丘—從地球到火星

本研究旨在探究風成沙紋的型態和其移動速度及新月形沙丘的演化過程。利用吹出式風洞建立穩定且單一風向的風場,並運用不同粒徑的石英沙,以研究不同情況下沙紋和沙丘的變化。研究發現,風成沙紋的波長變化不僅受到風速、粒徑等特性的影響,還可能受到波峰後渦流長度的影響。另外觀察沙紋移動速度的變化後,可以明顯的發現與風速有高度正相關,亦討論能量的變化,並試圖建立風速與移動速度的轉換模型。在新月形沙丘演化過程的模擬中,我們歸納出三個主要時期:延伸期、崩落期和消逝期。我們也針對這些結果進行質性分析,透過觀察與討論,進一步了解沙紋與沙丘之變化過程與形成條件。最後我們比較了火星橫向風成脊(TAR)的形狀、動力及分布差異,推論其可能成因,希望進一步探究行星地表形貌的形成和演化過程。

以3D模型沉降實驗探討有孔蟲Globigerinoidesella fistulosa的消失

有孔蟲Globigerinoidesella fistulosa的滅絕時機(1.7 million years ago, Ma)恰與東西赤道太平洋水溫由似聖嬰現象狀態轉變為似反聖嬰現象狀態的時機相近,前人推論可能是有孔蟲為了維持雷諾數,將自身殼體生長階段倒退為較小的型態,進而提出假設「當垂直水溫梯度變緩,黏滯度變小,Trilobatus sacculifer complex 為了維持雷諾數,殼體半徑、沉降速率和殼體與水的密度差必須相對變小」。本研究利用3D列印的G. fistulosa、T. sacculifer有孔蟲殼體模型進行沉降實驗驗證此假設,同時探討浮游性有孔蟲的殼體型態對其沉降模式的影響,由多個角度分析浮游性有孔蟲改變外型的現象。

模擬黑洞潮汐破壞事件之演化和分析其逃逸比例與吸積率之探討

在超大質量黑洞周圍,偶爾能觀測到潮汐破壞事件的發生,而這也是一個能夠探測黑洞的手段。潮汐破壞事件是一種特殊的現象,當一個天體進入到所謂的「洛希極限」半徑範圍內時,因為受到的潮汐力超越了自身的重力而遭到撕裂。當這個事件發生時,會因為黑洞在吸積的過程中產生明顯的亮度變化,因此可以透過一系列的亮度變化觀測潮汐破壞事件,並可以推算黑洞的各項參數,因此潮汐破壞事件在天文學的發展上有其重要性。 因此,我們想要嘗試模擬潮汐破壞事件的演化過程。我們學習Linux語言以及如何使用Mcluster和PeTar等模擬軟體,並透過Python分析模擬結果,然後與理論預測值進行比較,以了解我們有那些地方需要修正。

Feasible fabrication of chitosan capped mesoporous silica nanoparticles as a smart mucoadhesive drug delivery platform for dexamethasone

中孔二氧化矽納米顆粒(MSN)由於其高孔隙率而適合成為藥物載體,可增加ul藥物的負載量。幾丁聚糖是一種帶正電的聚合物,用於修飾MSN表面,以達到強力的靜電吸附力,並進一步提高藥物負載能力,以及可持續併緩慢藥物釋放的控制。 MCM-41和 MCM-48型的MSN,通過 CTAB界面活性劑為模版,以溶膠-凝膠法制備。SBA-15型的MSN由 P123為模版製備。MCM-41 通過戊二醛的交聯進一步被幾丁聚糖包覆 (MCM-41-CHIT)。 利用 X 射線繞射儀驗證了所有載體皆是中孔洞的六方密堆積晶體結構。利用傅里葉變換紅外光譜,鑒定了烷基、胺基、和二氧化矽官能團,證實了表面的幾丁聚糖。 MCM-41-CHIT 的地塞米松載藥量為53.7%。MCM-41有突發釋放的現象,在 兩天內釋放出 80%。另一方面,MCM-41-CHIT中的藥物釋放,表現出恆定的釋放,五天後僅釋放出19.7%。 這項研究確定了MCM-41-CHIT 是可應用在粘膜吸附藥物遞送系統,可做為好的候選藥物載體。

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。

含鐵、鎳之過渡金屬錯合物相變材料研究暨應用研析

量子運算發展日新月異,人類對上網溝通保密的需要與日俱增。市場已有量子資訊加解密所需的金鑰分配系統(QKD)搭配機密資料保險庫(Archive)。然實體金鑰因其安全性,不可或缺。本文探討以製備含鐵、鎳過渡金屬錯合物,利用含 X 光繞射儀等設備檢測、分析其結構與相變。並研析將該錯合物作為分子開關裝置,導入半導體製程,應用於研發上述金鑰之可行性。

神秘的數字圓舞曲 - 探討質數環排列的存在性

如果正整數1~n存在環狀排列,使得相鄰的數字和皆為質數,則將其定義為質數環。 本研究主要使用不同方法探討質數環的存在性。在本研究與文獻中,都沒有寫出質數環通式的方法,因此我藉由孿生質數、類孿生質數、一般質數(相差不固定的質數組)等方法,構造特定值的質數環,並使用程式驗證各定理在有限範圍能構造出質數環的整數個數、比例。 本研究的貢獻之一在於發展出類孿生質數構造質數環的方法,我突破質數對相差變大會比較難找出數字關係的框架,延伸孿生質數的方法至類孿生質數,還結合一對孿生質數與一對相差四的質數以構造質數環。 更進一步地,本研究提出使用不限定差的質數組構造質數環的方法,擺脫孿生質數猜想,使這個問題的解決方法更一般化。