每週五早上，都可以看到一群青春洋溢的慈濟大學附屬中學同學們來到慈濟大學。他們來慈大做什麼呢？做～實～驗～！
六年前，慈中與慈大開始進行課程上的合作，每學年的上學期，慈大的老師到慈中科學實驗班上課，帶領他們瞭解什麼是科學、怎樣做研究；下學期，慈中的同學們到慈大實驗室裡，由慈大的老師們帶領著他們做實驗，實地領略做研究是怎麼一回事。
為了讓同學能實地操作，慈中特別在滿滿的課程表中空出週五的早上，讓同學們能夠來到慈大做實驗。雖然以高中學生充實的課表，要空出一個早上已屬不易，但以做研究來說，一週一個早上，要有具體的成果，其實難度頗高。令人非常開心的是，在張新侯老師以及同學的努力下，已做出具體的成果，2016年在張新侯老師實驗室的慈中學生實驗結果已經寫成兩篇論文，並於去年及今年分別發表在《公共科學圖書館：綜合》（PLOS ONE）和《科學報告》（Scientific Report）專業期刊上。。
慈中特別在滿滿的課程表中空出週五的早上，讓同學們能夠來到慈大做實驗
去年在《公共科學圖書館：綜合》發表的論文，是以斑馬魚為模型研究二氧化鈦奈米光觸媒對動物的影響。二氧化鈦奈米光觸媒，早已廣泛地用來當作殺菌劑：當二氧化鈦被研磨到成為奈米級的顆粒時，接收到紫外光後，二氧化鈦的電子就會被激發，跳到另一個能階；接著電子就會被其他分子抓住，造成二氧化鈦少了電子。少了電子的二氧化鈦便成為強氧化劑，使周圍的水分子被氧化後，產生具有強氧化力的氫氧自由基（‧OH），接著這自由基便可以發揮它殺菌的功效了。過去的研究已經發現，高濃度的奈米二氧化鈦顆粒對生物似乎有直接的毒性，但是機制還不是很明瞭。張老師與黃教乙、游為盛、劉耕嘉發現，二氧化鈦會造成斑馬魚的魚鰓受損，及感染、並間接因為感染而進一步死亡。這與過去的結論，認為奈米二氧化鈦有直接毒性，有所不同，於是他們便將這個研究發表出來。
另一組以植物為主的，邱智韋、周賢明、李依真研究二氧化鈦對植物的影響。一開始張新侯老師與同學選了幾種不同的蔬菜，但最後決定用莧菜，因為莧菜種子的發芽率大約是50%。為什麼50%的發芽率很適合呢？因為張老師與同學很驚訝地發現，低濃度的二氧化鈦，對植物種子的發芽有促進的作用，而且，幼苗還長得比較高。
二氧化鈦奈米顆粒竟然會促進種子發芽、讓幼苗長得更高，這讓張老師感到非常訝異。查閱文獻後發現，過去有些研究發現二氧化鈦會抑制種子發芽，而有些則發現二氧化鈦會促進種子發芽。張老師與同學進一步的觀察發現，原來是低濃度有促進作用、高濃度反而會抑制。由於促進作用從來沒有被發現過，張老師與同學們決定專心觀察這部分。
二氧化鈦對植物的影響，會不會只是因為是奈米顆粒的關係呢？為了釐清這點，張老師與同學們將植物分成兩組，一組照光，另一組則放置於黑暗中。結果發現，只有照光的組別出現了促進作用，黑暗中的組別完全沒有反應。也就是說，二氧化鈦對植物的影響，應該是因為光觸媒作用的關係。
張新侯老師長期帶領慈中同學做實驗(圖中同學非本次發表論文者)
實驗進行到這裡，同學們忽然想到：會不會是因為二氧化鈦的光觸媒效應殺死了土壤中的細菌，所以植物長得比較好呢？為了釐清這點，張老師與同學們將種子種在滅菌後的棉花上，結果發現，還是要照光才會產生促進種子發芽的效果；也就是說，並不是因為土壤中的細菌被二氧化鈦給殺死了，才產生這樣的效應。
到底是不是因為二氧化鈦的氧化作用，對植物種子產生影響呢？張老師與同學們便準備了抗氧化劑「乙醯半胱胺酸」（N-acetylcysteine，NAC），結果發現，以NAC處理的組別，效應就不明顯了，顯示的確是二氧化鈦的氧化作用對植物發生了影響。除了發芽率上升、幼苗長得比較高，研究團隊還發現，這些幼苗裡面的吉貝素（gibberellic acid，GA）濃度也比較高，由於種子發芽時吉貝素的濃度會上升，而且幼苗的莖也會長得比較長，所以這個結果也是合理的。於是張老師綜合上述發現，將研究結果發表於今年十月份的《科學報告》（Scientific Report）。
到底為什麼二氧化鈦會對植物產生這樣的影響呢？目前還不是很清楚，或許未來可以繼續朝這個方向研究，進一步瞭解到底為何二氧化鈦可以促進植物生長發芽。
實驗過程中有許多甘苦，如莧菜是夏天的蔬菜，到冬天時反應就不明顯；原本想利用人工光源，但可能紫外光不足，所以結果也差強人意。張老師還提到，做這個實驗以後，才發現花蓮下雨的日子實在也不少呢！一下雨實驗就要重來，當年的同學們也從一次次地嘗試中體會到，原來做研究真的大不易啊！
圖說二氧化鈦奈(TiO2)米粉末可促進土壤對於種子萌發和植株生長增強的作用也可以應用到白菜。(圖A) 白菜幼苗的照片，顯示加入 (0.2 mg/cm2) 二氧化鈦奈的植株(右), 比不加 (0 mg/cm2) 二氧化鈦奈(左)的植株較大。(圖B) 種子發芽率的統計分析。結果顯示加入 (0.2 mg/cm2) 二氧化鈦奈的組別(右), 比不加 (0 mg/cm2) 二氧化鈦奈(左)的組別的發芽率較高, 且有統計上的顯著差異。
參考文獻：
Huang, CY., Yu, WS., Liu, GC. et al. Opportunistic gill infection is associated with TiO2 nanoparticle-induced mortality in zebrafish. PLoS One 16, e0247859 (2021).https://doi.org/10.1371/journal.pone.0247859
Li, CC., Jhou, SM., Li, YC. et al. Exposure to low levels of photocatalytic TiO2 nanoparticles enhances seed germination and seedling growth of amaranth and cruciferous vegetables. Sci Rep 12, 18228 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23179-9
撰文／葉綠舒；圖片／慈濟大學提供