2019 Labs and Research

Laboratory 1

“寻找紫色番茄”:转基因食品的鉴定

转基因食品的问题引起了很大的争议. 在许多情况下，插入番茄基因组的基因是那些编码有益蛋白质和分子的基因，这些蛋白质和分子将有助于维持个体的健康. 这些基因的产物包括:抗氧化剂, anthocyanins, 胡萝卜素和其他产品已被证明是有益的抗炎剂. 其他基因可能编码这些产品的货架寿命或增强食物的颜色. 对食物基因组的修改可能是有益的，因为人们将有机会购买一种营养价值增加的超级食物“西红柿”. Currently, 美国和其他一些国家对含有转基因成分的食品实行强制性标签.

本实验室将介绍转基因食品的含义, 哪些粮食作物被认为是转基因的，我们可能没有意识到, 修改的筛选过程是怎样的. 学生还将学习聚合酶链反应(PCR)，以及如何在FDA实验室中使用这种分子工具来筛选此类食品. 学生将提取DNA并筛选各种食物，如生蔬菜, soybeans, 水果(西红柿)和加工食品(薯片)，并确定它们是否经过基因改造.

Laboratory 2

“不仅仅是披萨配料”:研究蘑菇作为生物燃料

World-wide, 两国政府的呼吁都有所增加, private industry, 并鼓励广大民众探索和利用清洁能源. Therefore, 科学家们再次向自然界寻求信息, 解决这个问题的产品的可能性和开发. 正在研究的一个领域是真核微生物的使用，如真菌. 在上个世纪，真菌和其他原核生物一起提供了抗菌化合物，这些化合物以前通过生产抗生素使人类受益. In this laboratory, 成对的学生将评估不同种类的担子菌蘑菇，以评估它们产生有助于将纤维素二糖转化为生物丁醇的酶的能力, 一种液体燃料，可以直接代替发动机中的汽油. 这个实验室将给学生提供发展自己的科学假设的灵活性, 进行原始研究以测试该假设并获得数据，这些数据将使用酶动力学的光谱分析来解决其假设的有效性.

Laboratory 1

Does color matter? The Chemistry of Food Colors

Would you eat black ketchup? Do you prefer a specific color M&M even though they all taste the same? 食品的颜色是食品工业的重要组成部分，是由一种叫做染料的化合物决定的. 染料有时是从天然资源中提取的，有时是人工合成的.

实验活动将探索不同类型染料的性质, extract dyes from various candies, and analyze the types of dyes that are extracted. 学生将学习包括移液在内的实验室技术, making solutions, and creating and analyzing an agarose gel. 学生们将利用他们的研究结果来讨论食用色素的物理和化学差异.

Laboratory 2

Who has the flu virus? ELISA knows!

包括流感病毒在内的许多病毒很容易在人与人之间传播. 快速检测潜在感染者体内的病毒对于有效治疗和防止将感染传染给其他人是必要的. With its rapid test results, 酶联免疫吸附试验(ELISA)对医学甚至农业都产生了积极的影响. ELISA is currently used for detecting pregnancy, disease in animals and plants, illegal drug use, indoor air quality, and food ingredients.

学生们将通过与其他几个学生分享样本来模拟潜在的病毒接触来开始实验. They will use antibodies to detect an antigen, like an influenza virus, 以确定哪些学生“感染”了病毒，并努力确定病毒的原始来源.

Project Spark: Light, Sound, Motion in Engineering

In the Engineering Laboratory section of the camp, 学生们将有机会学习电学的基本概念, 机械和软件工程通过使用Arduino电子原型平台的各种动手项目.

The objectives of the Engineering Laboratory are:

• 学习如何使用Arduino板编程电子产品, 它由一个可编程微控制器组成，用于构建数字设备和可以感知和控制物理世界中的对象的交互式对象.
• 通过创造力和团队合作，培养解决工程问题的能力，探索有趣的现实挑战.
• 激励学生提高沟通技巧, organization and research, 这将帮助他们为将来在更高层次的学校教育和工作场所的成功做好准备.

Seeing is Believing

The behavior of light, its properties, 它在太空中的传播是17世纪物理学中最大的问题之一, 因为了解光与环境的相互作用可以让我们更好地了解我们生活的世界. 光作为波或粒子的行为一直困扰着物理学家，直到20世纪. 虽然“波粒二象性”可能是我们目前对光的行为最好的解释, 它打开了一个充满不确定性的全新潘多拉魔盒. 我只想说光不仅仅是灯泡的开关.

我们将通过实验来传达光的重要行为:

• Diffraction, to understand the wave nature of light.
• 折射，理解光从一种介质进入另一种介质时的行为，斯涅尔定律. 
• 反射，了解光在不同反射表面上的行为.

Understanding light in Physics and Astronomy

光在我们周围的世界中扮演着非常重要的角色，因为充足的阳光对维持地球上的生命至关重要. Additionally, light plays a very important role in health, communications, energy, education, agriculture and much more. 我们的宇宙如此之大，以至于光是我们与宇宙联系的唯一媒介. 来自宇宙边缘的光要经过数十亿光年才能到达我们的太空和地面望远镜. 来自恒星、星系、行星、星云等的光. 携带着丰富的星际信息, intergalactic medium, as well as stellar formation and chemical history of the universe; thus, 破译它对我们理解宇宙至关重要. 我只想说光不仅仅是灯泡的开关.

接下来的两周我们将学习光谱学, one of the most powerful tools used by astronomers, 可以用来科学地研究我们的宇宙吗, by decoding light. We will study different types of spectrum, 并了解光谱如何不仅仅是彩虹的颜色. 单一光谱本身携带着关于宇宙的丰富信息，并被用来确定恒星和星系的组成及其温度. Using a spectrometer, 学生将对几个实验室样品进行光谱分析，并确定其主要成分. 然后，我们将把我们的理解与实验室样本一起带到恒星物体上.

重新利用FDA批准的药物治疗白色念珠菌生物膜.

念珠菌是世界范围内机会性真菌感染的主要原因. 白色念珠菌是念珠菌病最常见的病原体. 这些感染通常伴随着高得令人无法接受的发病率和死亡率, 主要是由于抗真菌药物的药库有限. Furthermore, the ability of C. albicans to form biofilms, or complex microbial communities, 由于生物膜本质上对这些常用抗菌素不太敏感，因此加剧了这一耐药性问题.

Considering the role of biofilm formation in C. 白色念珠菌感染，它代表了一个有价值的目标，为发展新的治疗策略. 这个项目的总体目标是改变药物的用途, such as statins (cholesterol medications), chloroxine, and oligomycin A (two antibacterial agents), for the treatment of resistant C. albicans biofilms.

新型铜(II)异烟酰胺金属配合物的合成、表征和结构.

癌症研究的途径之一是研究如何选择性地破坏癌细胞. That is, 找到一种既能杀死癌细胞又不会破坏周围健康细胞和组织的物质.

Dr. Adrian的研究小组之前已经用异烟酰胺(见下图)作为配体合成了铜(II)配合物, 并在MCF-7试验(一种试验)中观察到非常有希望的抗肿瘤活性, a human breast cancer cell line.

本课题的目的是通过异烟酰胺与铜(II)联吡啶配合物的反应合成新的和类似的铜(II)异烟酰胺金属配合物. 该项目的结果将更好地理解取代吡啶配体在铜(II)配合物的细胞毒性中的作用.

参与本项目的学生将掌握无机合成技能，并学习重要的表征技术和技术，包括质子核磁共振(NMR)和红外光谱(IR).

古代颜料和载体的合成与分析

我的研究兴趣涉及科学、艺术和文化之间的联系. In particular, 举例说明这些联系的两个项目是对胭脂红和玛雅蓝的分析. 胭脂红是胭脂虫的色素，原产于中美洲和南美洲，最初由阿兹特克和印加文明收获. Similarly, 玛雅蓝是用靛蓝镶嵌在粘土陶器中，阿兹特克人和玛雅人都将其用于仪式和艺术目的. 学生将分析胭脂虫中胭脂虫酸的浓度，并合成胭脂虫酸的金属配合物. 学生还将合成玛雅蓝，并评估该复合物的主客体化学，包括其对酸和光降解的抵抗力.

In addition to learning synthetic techniques, 学生将获得紫外-可见仪器分析的经验, Infrared, and NMR Spectroscopy.

Internet of Things (IoT) Projects by using Arduino

In the Engineering Research section of the camp, 学生们将有机会学习电学的基本概念, 机械和软件工程通过使用Arduino电子原型平台的各种动手项目.

The objectives of the Engineering research are:

• 学习如何使用Arduino板编程电子产品, 它由一个可编程微控制器组成，用于构建数字设备和可以感知和控制物理世界中的对象的交互式对象.
• 通过创造力和团队合作，培养解决工程问题的能力，探索有趣的现实挑战.
• 激励学生提高沟通技巧, organization and research, 这将帮助他们为将来在更高层次的学校教育和工作场所的成功做好准备.

Connecting with Urban Nature: Collection, Characterization, 基于经典协议的环境参数分析, Hach Field Kits, and Vernier Technology.

环境为我们提供了丰富的资源和机会进行各种规模的研究. 在自然区域和城市绿地进行户外探索对健康有广泛的好处，包括降低患II型糖尿病的风险, stress, and high blood pressure. 花时间在城市社区花园也与更好的精神和身体健康有关. 从土壤/水/植被的角度对室外场地进行特征描述是提高环境意识的第一步，可以了解其现在的能力，并为未来的观察创建基线.

参与者将利用各种科学数据收集设备来描述uw校园社区花园和uw附近Headwaters Sanctuary的城市河岸森林的环境参数. Vernier LabQuests and probeware will be introduced. Hach Soil, Water, 和生态测试现场套件用于工业和环境保护署(EPA)批准的农业现场工作方法, forestry, fish and wildlife conservation among other areas. iNaturalist应用程序可以用来帮助识别物种.

生境鉴定方案可包括:样带, vegetation identification, photopoints, canopy coverage, vegetative buffers, stream morphology, 水道特性(如果Headwaters仍在流动), 土壤研究可包括:样品收集和制备, soil extractions (e.g. salinity, pH, NO3 -N, ions), and soil analysis (e.g. 阳离子交换容量，碱基饱和度百分比，质地估算，土壤湿度). 水的研究可能包括:pH值，CO2，溶解O2，电导率，离子.

Temperature Change in San Antonio, Texas.

The scientific community, media, politicians, 公众经常谈论由于“全球变暖”导致的气温上升。. During the past 20 years, 气象界已经观测到全球平均气温上升了0.5 C (0.9 F) (BAMS, 2018). 2017年美国大部分地区的年平均气温为0.5-1.0 C (0.9 – 1.8 F) above the 1980 – 2010 mean. (BAMS, 2018).

Data clearly indicate warming on a global scale. 在较小的范围内，比如一个城市或地区，这种变化并不总是那么明显. 除了大气中二氧化碳含量的增加外，这种变化可能还有其他原因. 气候学家面临的挑战之一是确定哪个或哪些原因可能导致温度变化和极端天气事件. Recent studies (Knutson, et al., 2018) (Imada, et al, 2018) (Kam, et al, 2018)已经展示了如何估计这些“驱动力”对极端温度事件和变化的影响的方法.

In addition to human-induced climate change, 一个地方的温度变化还有其他三种可能的原因. These reasons include the “urban heat island”, movement of the observation site, and natural variation of temperature. “城市热岛”效应是更多的混凝土和沥青保温的结果. 大城市的平均气温往往高于周边农村地区(Oke, 1987)。. 将观测点移动到其他位置可能会改变观测环境，从而导致长期温度数据的变化. 第三个可能的原因是由于各种天气模式(厄尔尼诺/拉尼娜)和大型火山喷发造成的自然变化(Knutson等)., 2018)

这个研究项目将研究圣安东尼奥的温度变化，以确定年平均温度是如何变化的. 该项目将试图确定变更的可能原因.

Potential research questions that could be explored:

• 圣安东尼奥(KSAT)过去20年、30年或100年的气温趋势是什么?
• 与KSAT周围农村地区的气象站相比，气温变化如何?
• 温度变化趋势是否与KSAT观测点的变化有关?
• 温度变化的趋势是否与KSAT的规模/人口增加有关?
• 气温变化趋势是否与厄尔尼诺/拉尼娜模式有关?

在为期两周的课程中，每个学生或一对学生将选择以上问题中的至少一个或开发一个相关问题进行研究.

References:

• 美国气象学会公报(BAMS)，“2017年气候状况”，卷. 99, No. 88, Aug 2018
• Herring. Stephanie, et al. 《澳门博彩官网下载》, 美国气象学会公报第99卷特别增刊, No 1, Jan 2018
• Imada, Yuiko, et al, “气候变化增加了2016年亚洲出现极端高温的可能性”, 美国气象学会公报第99卷特别增刊, No 1, Jan 2018
• Kam, Jonghun, et al, “基于CMIP5模式的2016年11 - 12月北极高度异常升温的人为影响评估”, 美国气象学会公报第99卷特别增刊, No 1, Jan 2018
• Oke, T.R., Boundary Layer Climate, 2 edition, 1987.