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ISEF 2026 生化材料赛道规则重大调整：安全框架下的创新导航

国际科学与工程大奖赛（ISEF）2025-2026 年度最新规则修订已正式发布，其中生化材料相关领域的 13 个赛道迎来关键变化。这些调整直接决定着参赛项目的合规性，任何疏忽都可能导致数月心血付诸东流。本文将系统解读核心变化，为备赛师生提供清晰的合规指引。

生物安全红线：朊病毒研究全面受限

新版规则对潜在有害生物制剂（PHBA）的管控达到前所未有的严格程度，明确将朊病毒及类朊病毒蛋白研究列为禁区。被全面禁止的研究对象包括：淀粉样蛋白 -β（amyloid-b, Aβ）、tau 蛋白、突触核蛋白（synuclein）、43kDa 反式激活反应 DNA 结合蛋白，以及所有淀粉样纤维等具有朊病毒特性的物质。这意味着任何直接操作这些物质的实验项目将自动失去参赛资格。

规则同时保留了科学探索的可能性：使用经基因改造表达类朊病毒蛋白的模式生物（如秀丽隐杆线虫、黑腹果蝇）开展研究仍被允许，但设置了严苛的前提条件 —— 必须在经认可的研究机构（RRI）所属的生物安全二级（BSL-2）实验室进行。BSL-2 实验室相当于处理流感病毒的防护级别，要求配备生物安全柜、负压通风系统、紧急洗眼装置等专业设备，且所有操作人员需经过严格培训和准入考核。这一规定实际上将此类研究排除在家庭和普通学校实验室之外。

样本管理精细化：组织与体液研究的分级规范

针对组织和体液样本的研究规范出现重要细分，打破了 "日常样本即安全" 的固有认知。新规明确要求：从食品店、餐馆或屠宰场获取的新鲜 / 冷冻组织、体液、肉类及副产品样本的培养，必须归类为生物安全一级（BSL-1）研究，且实验操作只能在 BSL-1 及以上级别的实验室进行。BSL-1 虽为最低防护级别，仍需配备基础防护装备和标准操作规程，不可在非专业环境中进行。

在母乳与动物奶研究方面，规则建立了明确的风险分级体系：来源不明的人类母乳（除非经过 HIV 和丙型肝炎病毒阴性认证）以及未经巴氏消毒的家养动物奶，被提升至 BSL-2 级别管控；其他所有母乳样本则按 BSL-1 标准管理。这一分类充分考虑了人畜共患病传播风险，凸显了大赛对生物安全细节的关注。

化学品管控升级：GHS 与 NFPA 双轨监管

化学品使用规范迎来全面升级，所有生化实验必须同时满足两大国际标准：全球化学品统一分类和标签制度（GHS）与美国消防协会（NFPA）标准，且实验场所必须是经认可的研究机构（RRI）。这一变化彻底终结了家庭实验室参与生化类项目的可能性。

GHS 制度要求化学品必须通过标准化标签和安全数据单（SDS）公示危害信息，涵盖物理危害（如易燃性）、健康危害（如毒性）和环境危害三大类共 28 项指标。而 NFPA 标准则聚焦实验室消防安全，其中 NFPA 45《化学品实验室防火标准》详细规定了易燃液体存储限额、通风系统设计、电气设备防爆要求及灭火设备配置等关键事项。值得注意的是，新规明确 "不豁免 NFPA"，意味着所有参赛项目必须 100% 满足这些防火规范。

合规备赛指南：从规则解读到实践落地

规则修订的背后，是 ISEF 对青少年科研安全伦理的高度重视。大赛明确传递出 "安全即创新前提" 的理念 —— 模糊地带持续减少，合规标准愈发清晰。对备赛师生而言，需立即采取以下行动：

建立合规性自查机制：在确定课题前，对照新规逐项核查研究对象是否在禁限清单内，实验材料是否符合 BSL 分级要求，实验场所是否具备 RRI 认证及相应级别的生物安全条件。

强化专业指导体系：务必与具备资质的导师深度沟通，确保实验设计不仅符合科学逻辑，更能满足安全规范。特别关注实验室是否达到 BSL-2 所需的硬件标准（如生物安全柜、负压环境）和管理要求（如人员准入、应急处置流程）。

构建伦理评估框架：将安全与伦理考量嵌入项目设计初期，而非事后补充。针对涉及生物样本和化学品的研究，需提前准备完整的风险评估报告和应急预案。

ISEF 的规则调整绝非创新的枷锁，而是引导科学探索行稳致远的灯塔。

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2025 Regeneron ISEF大奖-MATS材料科学获奖作品汇总-4

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-MATS材料科学2025获奖作品方便学习

MATS043 - 实时评估空气传播的有害风险

铀矿开采产生的污染物——空气中的二氧化硅和铀——导致美洲原住民和采矿社区自身免疫性疾病干燥综合征 (SS) 的患病率大幅上升。这些暴露会引发免疫失调和全身器官衰竭，而由于症状多变、生物标志物不可靠以及缺乏可用的检测工具，诊断往往被延误。现有的污染物检测方法成本高昂且依赖实验室，导致 SS 的诊断延迟平均超过六年，超过 50% 的病例仍未确诊。为了解决这一问题，RADAR 应运而生：一种新型固体基质比色材料，由高表面积多孔金属有机骨架 (MOF) Cu-BTC 构成，嵌入聚乙烯醇基质中，并用茜素红 S 和钼酸铵等试剂进行功能化，用于检测铀和二氧化硅。合成了5种功能化水平（20–100%）的薄膜，并将其暴露于受控的污染物浓度中。暴露15分钟后，薄膜会发生可见的色彩变化。通过1931色度归一化，将薄膜的sRGB值转换为透射率。在100%功能化水平下观察到具有统计学意义的检测结果，铀的检测限为0.1 mg/m³，二氧化硅的检测限为5 µg/m³，信噪比分别为5.25和3.79。Shapiro-Wilk检验（p> 0.05）验证了回归模型。结构分析显示表面积增加（p<0.05），而孔隙没有塌陷（p> 0.05），从而保持了分析物的扩散。RADAR提供了一种经济实惠、可解释的早期环境筛查工具，有助于减少服务欠缺社区的诊断延误。

MATS051 - 一体式胶体量子点红外像素

从天文学和环境监测到夜视和医疗诊断等应用领域，红外 (IR) 成像技术的需求比以往任何时候都要大。尽管高性能单元件探测器已被证明，但多波段成像仪却鲜有报道。传统的红外成像仪也比较零散，并且严重依赖外延生长的半导体，而外延生长的半导体面临着固有的挑战，包括制造成本高、产量低以及与互补金属氧化物半导体技术的兼容性有限。这里，表面钝化的 InAs/ZnSe 核/壳胶体量子点 (CQD) 被引入作为可溶液处理的平台，它提供整个红外光谱的可调吸收、高载流子迁移率、直接带隙、低激子结合能和降低的热导率。使用剥离微加工技术，CQD 像素被图案化为 2 μm 的关键特征尺寸，实现具有高光学和电学性能的均匀阵列。利用该平台还制作了一个分辨率为256×256像素的焦平面阵列成像仪，并将其与硅基读出集成电路集成。该架构可在0.9至1.5微米的近红外和短波红外范围内实现宽带光谱响应，响应度值分别为0.08和0.11 AW-1，外量子效率在0.96微米和1.43微米处分别为24.5%和15%。这种方法提供了一种经济高效、用途广泛的解决方案，突破了传统红外成像技术的局限性，为下一代成像系统铺平了道路。

MATS054 - 机械加工对钛表面完整性的影响

了解加工工艺和参数对材料表面完整性的影响对制造业至关重要，因为预测残余应力 (RS) 的能力使制造商能够准确选择切削参数，从而获得最佳的残余应力。具有近表面压缩残余应力和最小近表面拉伸残余应力的零件更耐用，因此使用寿命更长，从而可以降低成本和减少材料浪费。本研究旨在证明使用锋利刀具和磨损刀具的显著影响，并验证钻孔法和数字图像相关 (DIC) 相结合作为一种高效准确的 RS 研究技术。为了研究锋利刀具和磨损刀具造成的残余应力，我们使用定制的现场机床对 Ti-6Al4V 材料进行切削。钻孔法和 DIC 用于创建应变场，并使用 Matlab 代码确定最佳虚拟应变计方向。然后使用 H-Drill 软件计算残余应力与亚表面深度值的关系。观察发现，使用锋利刀具可获得理想的近表面压缩应力回弹，而使用磨损刀具则会导致不理想的近表面拉伸应力回弹。使用磨损刀具还会导致最大应力深度大约比使用锋利刀具切割的样品的两倍还大。\n\n总体而言，使用磨损刀具会对加工部件的表面完整性产生不利影响，而钻孔法结合DIC分析是迄今为止研究应力回弹的有效且准确的方法。

MATS055T - 粉状猪肝 dECM 作为止血剂

创伤性出血约占全球主要死亡原因的40%，因此有效止血至关重要。粉状止血剂具有诸多优势，包括覆盖面积广、适用于狭窄和深层伤口以及使用方便。\n脱细胞细胞外基质 (dECM) 因其生物相容性和结构优势而备受关注，在人造器官、3D生物打印等领域有着广泛的应用。我们探索了其作为粉状止血剂的潜力。本研究选择猪肝作为研究对象，因为其结构和形态与人体组织相似。将猪肝脱细胞、冷冻干燥、溶于胃蛋白酶溶液中，然后再次冷冻干燥，即可获得粉状dECM (pECM)。我们进行了三项评估。\n首先，血栓弹力图 (TEG) 测试显示，pECM 的反应时间 (R-time) 比 NC 缩短了 3.2 分钟，同时血凝块强度提高了 120%，表明其具有有效的止血性能。其次，血红蛋白结合测试 (HBT)，我们通过将其与普通纱布和 Quickclot 中的添加剂高岭土进行比较，评估了其作为止血添加剂的功效。pECM 的血液凝固指数 (BCI) 比普通纱布高 30.4%，比高岭土高 2.2%，显示出竞争力。在溶血测试中，pECM 表现出比 NC、PC 和高岭土略高的血液相容性，保持在可接受的范围内。\n我们的研究结果表明，与现有的止血添加剂相比，pECM 表现出显著增强的止血性能。由于其良好的疗效，精确细胞外基质 (pECM) 具有在手术期间和紧急情况下控制出血的潜在应用，并且可作为先进止血配方的关键成分。

MATS063 - 由海洋无脊椎动物制成的缝合材料

壳聚糖源自甲壳类动物壳中的几丁质，是地球上最丰富的生物聚合物之一。它对生物医学材料药物输送和水凝胶至关重要。它具有抗菌、抗氧化和可生物降解的特性，所有这些特性都归功于其乙酰化和脱乙酰化的葡萄糖胺基团。大西洋鲎（Limulus polyphemus）壳聚糖因其纯净的几丁质已被用于开发各种生物医学应用。鲎（HC）捕捞法规已逐渐加强，HC最终将不再是壳聚糖的可行资源。本项目利用入侵物种欧洲绿蟹（Carcinus maenas）开发替代缝合材料。此外，还开发了HC缝合线，用于比较和作为临时资源。据推测，HC缝合线的强度最高，并且所有缝合线都将成为可行的替代品。壳聚糖是通过脱矿、脱蛋白和脱乙酰化工艺从壳中提取的。通过测定壳聚糖的产量，确定了每种壳类的合适重量与溶液的比例。用盐酸和氢氧化钠 (NaOH) 进行脱盐和脱蛋白。提取的几丁质用高摩尔浓度的 NaOH 进行脱乙酰基处理。将提取的壳聚糖溶解于乙酸中，然后放入含有 NaOH 和乙醇的凝固浴中，制成缝合材料。对缝合线进行测试，采用 Coliscan 细菌法测定抗拉强度和抗菌活性，并采用 X 射线荧光和 Bradford 法测定蛋白质和元素组成。进行成本分析以确定缝合线的生产成本。GC 缝合线被确定为最可行的材料。

MATS064 - Eutectogel E-skin 2.0

电子皮肤领域发展迅速，面临着一项关键挑战：开发导电、柔软且与人体皮肤相容的界面材料，以有效监测身体活动。水凝胶和离子凝胶等传统材料面临着诸多挑战，包括暴露在空气中容易脱水、温度稳定性差、僵硬和不适感。\n\n我的项目提出了一种变革性的解决方案：一种基于共晶凝胶的电子皮肤，它可持续且易于合成。共晶凝胶是一种创新材料，由深共晶溶剂 (DES) 聚合而成，该溶剂由氢键供体 (HBD) 和受体 (HBA) 组成，主要来源于天然化合物。去年，我通过添加纤维素纤维来改善凝胶的机械性能，随后发现其导电性不足以及需要验证生物相容性是需要改进的主要方面。\n\n我的独特贡献是通过添加 PEDOT:PSS 开发出一种高导电性的共晶凝胶复合材料。这种添加增强了凝胶的电性能，同时保持了优异的弹性和变形恢复性能。通过广泛的筛选，我确定了一种由DES组分和PEDOT:PSS组成的共晶凝胶的最佳组成和制备工艺，使其电导率提高了100倍以上，断裂伸长率提高了2.5倍以上。生物相容性测试验证了该材料的低细胞毒性。这些增强特性使这种电子皮肤材料能够有效捕捉和传输生物电信号，例如脑活动，从而促进分析并支持残疾患者（神经系统、肌肉等）的功能恢复。

MATS065 - 提高纳米治疗的安全性和靶向性

超过40%的化疗患者因靶向性不强而出现毒副作用，大多数基因疗法在到达靶器官之前就过早降解，从而限制了治疗效果。基于纳米载体(NC)的药物递送为此类问题提供了有希望的解决方案。然而，突破性NC的合理设计和高通量开发受到难以预测的细胞毒性、生物分布和药物释放的制约。本项目结合计算和湿实验室技术来解决这些问题。首先，基于超过14,000个先前未提取的数据点进行训练的机器学习(ML)和基于生理的药代动力学模型，从物理化学角度（尺寸、涂层等）稳健地预测了NC的毒性和器官/肿瘤递送效果。机器学习有效地预测了超过250种脂质（通过脂质膜水化制备）和二氧化硅（通过溶胶-凝胶工艺制备）NC的体外生物功能，这表明这些模型可以用来避免耗时的实验。接下来，机器学习可解释性项目 (ML Explainability) 确定了许多新颖的纳米粒子 (NC) 合理设计优化方案，旨在通过避免网状内皮细胞滞留并最大化肿瘤蓄积来改善靶向性。同样，该项目还确定了一种体外原位技术，并通过改变表面电荷分散性来降低毒性，同时保持阳离子纳米粒子的治疗功能。最后，机器学习从一个组合库中确定了 11 种用于治疗卵巢癌和遗传性肾病的新型纳米粒子。这 11 种纳米粒子负载了化疗药物或核酸，并在小鼠细胞中表现出最佳的、优先的毒性、摄取和基因表达谱——证明了该项目在未来助力创造可转化的、拯救生命的纳米疗法方面的潜力。

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2025 Regeneron ISEF大奖-MATS材料科学获奖作品汇总-3

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-MATS材料科学2025获奖作品方便学习

MATS036 - 用于靶向药物输送的DNA纳米晶体

癌症的治疗前景极其有限；化疗药物不加区分地靶向快速分裂的细胞，对健康组织造成不利影响。尽管靶向纳米药物正在兴起，但它们依赖于无机聚合物和金属框架，从而将外来物质引入体内。本研究利用DNA的普遍生物相容性，首次设计了可编程DNA纳米结构（pDn），使其能够识别酸性肿瘤微环境，实现靶向药物递送，同时还设计了选择性结合在肿瘤区域聚集的镧系元素的结构。在专门设计了一个DNA三链体框架，该框架以标准DNA I基序为pH传感功能，并利用悬滴纯化法成功纯化和合成了晶体，证实了设计-组装的可行性。为了选择性结合镧系元素离子，对新型pDn进行了重构，用修饰的DNA适体取代了I基序，并用双胸腺嘧啶尾进行稳定。含有铀酰感应适体的孤立发夹环晶体 (Kim, 2011) 的峰面积为 34.5 rfu，证实了 pDn 与金属离子的选择性结合，并为镧系元素的分析奠定了基础。pDn 与截短的镧系元素感应 DNA 适体的合成 (Andralojc, 2022) 产生的晶体荧光峰面积为 5.1 rfu（激发波长：500 nm，发射波长：595 nm），与钕的光谱一致。额外的紫外-可见吸收光谱在铕 (415 nm)、钆 (615 nm) 和钕 (420 nm) 处产生了强烈的标准化峰，进一步支持了 pDn 与镧系元素的选择性结合。成功利用 DNA 固有的生物相容性和可编程性，为靶向治疗和生物材料不相容性的长期挑战提供了突破性的解决方案。

MATS038 - 介孔二氧化硅纳米粒子靶向治疗

介孔二氧化硅纳米粒子是亚微米粒子，具有众多孔隙，可用于装载用于治疗的药物。通过开发聚多巴胺和透明质酸包覆的介孔二氧化硅纳米粒子，研究了一种潜在的食管癌靶向治疗方案。假设如果介孔二氧化硅纳米粒子装载化疗药物阿霉素，并用聚多巴胺和透明质酸包覆，则可以显著抑制癌细胞的增殖。四丙酯正硅酸盐用作二氧化硅源，十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，充当介孔结构的模板，氢氧化钠作为碱，以维持硅酸盐前体水解和缩合所需的pH值。聚多巴胺包覆可以进行表面改性，从而使纳米粒子能够被透明质酸包覆。透明质酸可以特异性结合癌细胞上过表达的CD44受体。在食管癌细胞上进行药物选择性释放效率测试后，透明质酸和聚多巴胺包覆的纳米颗粒处理的癌细胞显著降低了细胞存活率，甚至比游离药物和仅聚多巴胺包覆的纳米颗粒处理后的癌细胞存活率还要低。此外，研究人员还在pH值为6.4（类似于肿瘤微环境）的磷酸盐缓冲盐溶液和pH值为7.5（模拟健康细胞微环境）的溶液中对纳米颗粒进行了测试。在pH值为6.4的溶液中，药物释放在一段时间内更持久。这些结果表明，透明质酸包覆的介孔二氧化硅纳米颗粒可以为癌细胞提供一种有前景的治疗策略。

MATS040 - SUSTAINWARE：更环保的陶器

本研究提出利用废玻璃和稻壳灰 (RHA) 开发环保型炻器。全球玻璃回收率较低，约为 20%，而 RHA 是世界各地利用稻壳作为燃料的生物质发电厂的重要副产品。这两种废料都具有在陶瓷行业再利用的潜力，而该行业由于能源和矿产资源消耗量高，且原材料开采对环境造成影响，可持续发展至关重要。为了评估将这些废料混合使用的可行性，研究开发了九种炻器配方。来自热电厂的 RHA 仅经过筛分，而从生活垃圾中获得的玻璃则进行了研磨。将含有这些废料的试样与由高岭土、长石和石英组成的传统炻器成分制成的参考试样进行了比较。分析考虑了烧成温度、机械强度、线性收缩、密度、吸水率、浸出率和热冲击。该方案的可持续性通过 openLCA 软件的生命周期评估 (LCA) 进行衡量。最佳配方证明了掺入高达60%废料（30% CCA和30%玻璃）的可行性，结果证实了其性能与传统陶瓷相当，且材料具有惰性。此外，生命周期评估 (LCA) 表明其减少了对环境的影响，降低了自然资源（水和土壤）的消耗，降低了能源需求，并降低了整个生产过程中的碳排放。

MATS042 - 用于肺癌呼吸分析仪的新材料

近期光子材料开发领域的努力旨在创建高性能、低成本的组件，这些组件可集成到便携式诊断系统中，尤其适用于资源匮乏的医疗环境。肺癌仍然是全球最致命的癌症之一，每年造成超过180万人死亡，新增病例240万例。然而，资源匮乏地区的检测差异巨大，可能导致超过110万例病例被低估。本项目引入了一种新型硅钽氮化物基材料ρ-SiTaN，该材料采用应变工程方法通过薄膜沉积合成。应变调制技术被用于诱导一种潜在的新型SiTaN同素异形体，其光学和结构特性得到增强。ρ-SiTaN被集成到芯片上，用于创建用于检测挥发性有机化合物(VOC)的片上频率梳谐振器，重点研究乙烷——一种氧化应激的生物标志物，也是肺癌的关键早期指标。由此产生的光学谐振器表现出830万的超高Q值，谐振波长为3.3 µm，与乙烷的光谱特征一致。轮廓仪、反射仪、原子力显微镜 (AFM) 和扫描电子显微镜 (SEM) 证实了薄膜的应变、折射率、消光系数和电子带隙。这种新型材料可实现紧凑、高灵敏度且可扩展的传感平台，能够在呼吸分析中检测挥发性有机化合物 (VOC)。这些结果支持开发下一代非侵入性筛查工具，用于诊断服务匮乏人群的肺癌，并可能降低早期干预的障碍。

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2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-MATS材料科学2025获奖作品方便学习

MATS024 - 生物聚合物水凝胶鱼饵

软塑料鱼饵经常会从钓鱼者的鱼钩上脱落，沉入水底，随着时间的推移降解成微塑料。该项目的目标是开发一种完全可生物降解且可食用的鱼饵，其物理特性和消费者吸引力与传统塑料鱼饵相似，同时减少与钓鱼相关的生态足迹。为此，我们开发了一种新的生物聚合物水凝胶配方，该配方仅使用海藻酸钠、乳酸钙、明胶、植物甘油、玉米淀粉、蒸馏水和天然色素（用于化妆品）来制造可生物降解的鱼饵。为了确保实用性和可用性，我们对这些鱼饵进行了机械性能（断裂点和下沉时间）、视觉特性和降解速率的实验。这些测试发现，这些可生物降解鱼饵在降解、视觉特性和下沉时间方面具有统计学上的相似性，并且耐久性有所提高。这种鱼饵/生物聚合物水凝胶的另一个优点是它对鱼类和人类来说都是完全可食用的。该项目还探讨了可生物降解鱼饵的商业可行性，包括成本分析和市场可行性。市面上其他可生物降解鱼饵的一大缺点是性能下降或价格大幅上涨。我们一包10个鱼饵的生产成本约为1.70美元（包括可生物降解包装，不包括批量采购）。作为传统塑料鱼饵的环保替代品，该产品在减少水体塑料污染的同时，又不失传统鱼饵的性能和对垂钓者的经济吸引力。

MATS025 - LuminaSand：SiO₂ 中的激光诱导光电流

通信、传感和显示技术对光电器件的日益依赖，推动了人们对经济高效、可扩展且高效的替代材料的探索。传统的光电材料，例如砷化镓和氧化铟锡，面临着资源稀缺、生产成本高昂和环境问题等挑战。本研究探索了一种简单的替代方法，通过激光引发的快速退火和淬火，制备用于光电应用的硅碳纳米管 (SiCNT) 基复合材料。这种位点特异性激光处理工艺可在紫外激发下诱导局部悬浮的 SiCNT 结构和青色荧光。通过比较常温激光处理和真空激光处理，发现氧缺陷可能是导致观察到青色荧光的原因。这种激光转化的复合材料的电导率与原始状态相比提高了约 82,000 倍。器件测试进一步阐明了其有效产生光电流的能力，尤其是在 532 nm 单色激光下。这项工作凸显了 SiCNT 复合材料快速激光引发转变作为经济且可扩展的光电材料的潜力，为未来的技术应用提供了一种有希望的替代方案。

MATS026 - 虾卷：增强壳聚糖生物塑料

每年产生的塑料超过3.6亿吨，塑料污染已成为一个关键问题，因为塑料在我们的环境中和体内不断积累；微塑料甚至已知能够穿过血脑屏障。生物塑料已成为替代一次性塑料的潜在解决方案。大多数生物塑料可由可再生资源制成，并降解为无害的副产品。近年来备受关注的一种生物聚合物是壳聚糖，它是一种源自几丁质的材料，而几丁质是海鲜产业中丰富的废弃物。壳聚糖因其成膜性和抗菌特性而有望成为一种包装材料，但与传统塑料相比，由于其机械性能较弱、透水性强且制造方法难以扩展，因此尚未得到广泛应用。本研究开发了一种咖啡滤纸和壳聚糖（重量比约为1:2）的复合材料，并使用甘油作为环保增塑剂。咖啡滤纸被选为理想的基材，因为它的多孔性使最终材料保持半透明和轻质，并且具有相对良好的强度和较低的成本。我们定制了一台拉伸测试装置来表征这些薄膜。添加滤纸基显著提高了材料的拉伸强度和杨氏模量。结果表明，水透过薄膜的渗透性有所降低，降解测试和包装演示也显示出良好的效果。添加滤纸基将有助于提高壳聚糖薄膜的工业化生产可行性。总而言之，这种复合材料作为一种环保且可生物降解的包装材料，在替代一次性塑料并解决塑料污染问题方面展现出巨大的潜力。

MATS034 - 用于软传感器的化学改性硅胶

用于个性化健康监测的生物医学设备对于疾病的早期检测和治疗至关重要，但目前的设备僵硬且佩戴不舒适，导致长期佩戴存在问题。类似于皮肤的柔软传感器和柔性机器人肌肉，被称为介电弹性体换能器 (DET)，通常由聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 制成，由于 PDMS 的介电性能和刚度不佳，性能低下、不稳定且能量效率低下。现有的使用外加填料改性 PDMS 的方法面临着介电常数和柔软度之间长期存在的权衡问题。在此，我提出了一种新颖的化学改性方法，将极性基团官能化到弹性体主链上，并原位生成有机填料。该新方法首次克服了介电常数和柔软度之间的权衡问题，制备出一种新型氯丙基官能化的二氧化硅填充 PDMS 复合材料 (CS-PDMS)，其介电常数比 PDMS 高 151%，柔软度比 PDMS 高 74.2%。这超越了目前最先进的改性方法，无需添加有毒填料，这使得该方法对于保持材料的生物相容性非常有价值。接下来，DET 优化策略表明 CS-PDMS 增强了 DET 性能，读取范围提高了 88.28%，信噪比提高了 26.86%，灵敏度提高了 277.6%。最后，CS-PDMS 提高了用于监测步态、触觉和语音分析的关节运动的生物传感器的精度，并将人造肌肉的工作电压降低了 67%。除了 DET 之外，新型 CS-PDMS 弹性体在用作软介电材料或基板材料时可以增强可拉伸晶体管、电路和天线的性能，从而为未来的精准医疗提供个性化健康监测和治疗。

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2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

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MATS材料科学获奖作品集合

MATS012 - 开发新型磁流变乳液

磁流变液 (MRF) 是一种智能材料，在磁场作用下能够实现快速、可控的粘度变化。当磁化后，悬浮在载体流体中的铁磁颗粒会排列成链状结构，MRF 便会从液态转变为半固态。可调节的粘度性能使其能够应用于适应性强的减震系统，包括康复假肢和减震器。当前的研究表明，当水性 MRF 体系与乳液结合时，其粘度调节性能会得到增强，从而推动了新型磁流变乳液 (MREm) 的开发。然而，水性体系在易生锈的金属中存在着巨大的挑战，例如不稳定性和耐久性降低。本研究旨在 (1) 配制稳定的非水性乳液体系以开发非水性 MREm；(2) 将开发的 MREm 与传统 MRF 的性能进行比较。我们采用在甘油中乳化的有机硅基聚二甲基硅氧烷，并以气相二氧化硅作为皮克林乳化剂进行稳定，成功配制出了一种乳液。通过控制关键特性——铁浓度、液滴尺寸、磁化浸泡时间和磁通量——发现MREm在特定应力下表现出增强的粘度变化。值得注意的是，在延长磁化浸泡时间和增加磁通量的情况下，MREm的表现优于传统的MRF粘度行为。本研究表明，非水相MREm可以实现卓越的性能，并成为水相MREm和非水相MRF的更稳健的替代方案。未来的研究应改进MREm的配方，并探索其在工业能量阻尼领域高冲击应用的潜力。

MATS014 - 用于砷生物修复的可重复使用茶包

地下水中的砷污染是一个全球性的公共卫生问题，全球许多地区的砷含量都超过了世界卫生组织规定的最大允许限值10 μg/L。与地下水中砷相关的健康问题影响着全球超过2.3亿人，并且砷与儿童的癌症、心脏病和发育问题直接相关。我们需要开发新的、经济有效的方法来检测和去除水中的高浓度砷。目前，水中砷含量的测量通常使用昂贵而复杂的仪器，例如电感耦合等离子体质谱仪 (ICPMS)。我利用偏亚砷酸钠 (NaAsO2) 的解离反应生成{AsI3}，该反应后生成的黄色很容易通过光学方法观察到，也可以通过紫外可见光谱法观察到。传统的除砷方法主要集中在废水处理上，少数专注于饮用水的方法是反渗透，但这种方法只能回收20-30%的水。我开发了一种可重复使用的“茶包”，这是一种经济高效且可扩展的方法，可以有效地从高浓度（>1 毫克/升）的水中去除砷。该茶包采用一种新颖的工艺生产，将氧化铁纳米颗粒嵌入 Bemliese 茶包中，并填充 10 毫克/升机械研磨的未烧焦蛋壳。结合使用，可从 100 毫升浓度高达 35 毫克/升的加标溶液中去除超过 98% 的砷。总而言之，这种新的检测和去除方法的结合，为饮用水砷污染带来的全球健康挑战提供了可扩展且经济高效的解决方案。

MATS017T - 监测女性生殖健康的生态卫生巾

根据联合国儿童基金会 (2021) 的数据，全球有 5 亿女性缺乏月经用品、清洁水源、卫生设施和个人卫生设施。发展中国家的女性由于经济和可获得性障碍难以获得一次性月经用品。这是一个亟待解决的问题，因为缺乏卫生用品可能导致女性诉诸不安全的替代品。因此，本研究旨在设计一种可重复使用的月经垫，用于监测女性健康状况。\n\n为此，我们采用了以下方法。首先，我们用氢氧化钠和过氧化氢处理香蕉纤维。接下来，我们使用牧豆树提取物对处理过的纤维进行媒染。最后，我们使用牙买加提取物对媒染后的纤维进行染色。另一方面，我们将处理和染色的香蕉纤维放入棉质月经垫中，使其充当吸收剂，从而制成环保卫生垫。我们使用比色计进行了颜色和 pH 值分析。\n\n结果表明，设计的环保卫生垫的着色一致性达到 90%。色牢度测试还表明，经过8次连续洗涤后，卫生巾未出现任何染色。计算出的R2值为0.9415，这非常显著。最后，在进行pH值分析后，我们绘制了pH值追踪图表，图表显示深棕色到灰色表示女性pH值失衡。\n\n \n\n关键词：环保卫生巾、女性pH值、香蕉纤维、生物媒染剂。

MATS018 - 下一代3D打印智能聚合物凝胶

利用海藻酸盐-对-NIPAM（聚-N-异丙基丙烯酰胺）和生物相容性导电片段，开发出智能温敏聚合物凝胶组合物。这些水性配方的流变性和流动特性经过全面表征，并经过优化，使其能够使用低成本注射器-挤出机打印机进行3D打印。这消除了对昂贵、难以维护且便携性欠佳的复杂打印机的需求。使用超导电特级石墨烯使聚合物配方具有导电性，然后评估其电性能。各种复杂的结构均采用3D打印，并通过氯化钙等安全化学品进行后处理进行交联，以优化材料特性，例如硬度、柔韧性和性能。这种方法允许在3D打印中使用活细胞，而不会受到其他交联方法（例如紫外线照射或有毒交联剂）的损害。所开发的导电凝胶已被评估为一种用于记录高质量脑电图 (EEG) 测试的低阻抗介质。这种针对流变学进行了优化的智能凝胶也使用 Hyrel 打印机进行 3D 打印，以生成类似人体组织的模型。

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参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

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摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

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ENEV环境工程获奖作品集合

ENEV059T - 自主AI引导MeJA综合虫害控制

全球虫害每年造成超过2200亿美元的农作物损失，约70万人死亡。传统农药不仅危害人类健康和环境，还会产生巨大的人工成本。我们的项目将环境友好的害虫防治化合物茉莉酸甲酯与自动化车辆相结合，实现精准的害虫防治。\n\n项目的第一阶段是测试MeJA的有效性。在十天的时间里，我们收集了两种类型的正面和负面数据，即叶片受损面积、昆虫数量、植物高度和土壤pH值。我们通过两阶段生成对抗网络精确测量叶面积损失来量化虫害损失。所有数据均使用高斯过程回归和加权评分进行分析，以确定实现作物最大产量的最佳MeJA浓度。\n\n项目的第二阶段是制造一辆用于MeJA配送的自动驾驶车辆。该车辆首先在不喷洒农药的情况下穿越田地，扫描车道并为其分配虫害损失评分。然后，它会使用 A-star 算法计算出一条优化路径，该路径可最大程度缩短行驶距离并避开障碍物，同时优先处理受损严重的区域。该车辆拥有双向视野，并能够调整高度。一旦检测到害虫，就会将茉莉酸甲酯精准喷洒到受影响的位置。车辆会进行自我训练，通过保存置信度较低的检测图像，随着时间的推移不断提高其害虫识别能力，并根据作物中害虫损害的增减情况调整喷洒浓度。\n\n通过将茉莉酸甲酯与自动驾驶车辆相结合，我们的项目提供了一种有望彻底改变未来农业的战略，同时显著减少人员伤害和劳动力成本。

ENEV060T - 过滤器真棒！人人共享洁净水

在世界各地的许多社区，获取净化水都是一项挑战。全球有22亿人无法获得饮用水。在巴西，超过3300万人面临这一问题。受污染的水会导致疾病和粮食短缺。此外，巴西70%的水用于农业。然而，现有的水处理方法可能在技术上有限，或对低收入社区来说成本高昂。本项目旨在开发一种与过滤系统相关的新型多孔聚合物，以减少水中的污染，并将净化水用于农业种植和日常用途。基于析因设计，以辣木（M. oleifera）为基质，用于膜的生物合成。这些膜与以下过滤器连接：a) 3D打印的；b) 由回收材料（PVC）制成的；用于去除植物油、亚甲蓝染料、颜色、浊度和微生物参数（总大肠菌群和大肠杆菌）。该过滤器的流量为24升/小时，膜的成本为0.04美元，对所有分析的污染物的平均去除效率为98%。将处理后的水用于豆类作物，与对照样品相比，豆类作物的发芽率更高，植株也更高（p<0.05）。此外，污染物可以回收并处理：膜+染料复合材料能够对新的织物样品进行染色。在使用寿命结束后，膜被转化为活性炭，并与过滤器连接以净化水质。该项目具有社会、环境和经济效益，可应用于各种面临清洁水资源短缺的社区。

ENEV064 - 水合物海水淡化中的低GWP制冷剂

水合物脱盐 (HBD) 的运行温度和压力低于传统方法，从而降低了能耗。HBD 的效率取决于制冷剂的选择，这会影响水合物形成动力学和系统可行性。虽然丙烷被广泛使用，但其高易燃性存在安全风险。本研究旨在通过测试水合物形成的温度和压力来确定 R-1234yf 和 R-1234ze 的水合物形成效率。实验使用高压搅拌自动滞后时间仪 (HPS-ALTA) 研究不同溶液组合中的水合物形成条件。这些溶液组合包括去离子水、1 wt.% NaCl 海水溶液以及水合物促进剂十二烷基硫酸钠 (SDS)。在相似条件下测试了传统制冷剂 R-134a 和 R-410A，以便进行直接比较。分析了每种制冷剂在 24 个循环内的压力-时间和温度-时间图，其中压力下降决定了水合物的形成。结果表明，R-1234ze 的水合物形成温度为 11.5°C，压力为 4.51 Pa，优于所有测试制冷剂。R-1234yf 的水合物形成温度为 8.69°C，压力为 4.56 Pa，效率较低。R-134a 和 R-410A 需要更高的压力（4.5-11.28 Pa），导致能效较低。SDS 的存在显著增强了水合物的形成，使所有制冷剂的压力降低了 50% 以上，而 CTAB 对改善水合物形成条件有中等程度的影响。这表明 R-1234ze 是传统制冷剂的可行替代品。该研究为优化 HBD 系统、推进可持续海水淡化技术以及提高能源效率、安全性和环境影响提供了重要基准。

ENEV065 - 下一代直接空气捕获技术用于二氧化碳利用

化石燃料燃烧会释放大量的二氧化碳，每年导致超过800万人过早死亡，超过吸烟造成的死亡人数，同时加剧了呼吸系统疾病、心脏病和气候相关灾害。虽然直接空气捕获 (DAC) 有望减轻这些影响，但目前大多数系统仍然成本高昂、效率低下且耗能。本研究旨在开发和评估两种先进的多孔有机聚合物 (POP) 平台：一个用于高效二氧化碳捕获，另一个用于将二氧化碳电化学转化为甲酸（一种重要的氢载体）。第一个系统采用苯基聚合物，该聚合物经过胺基后合成改性，以增强直接空气捕获性能。这种改性使二氧化碳吸收量提高了153%，同时保持了899平方米/克的高表面积和优异的热稳定性，最终使DAC效率翻倍，并提高了实际应用的可扩展性。为了在此突破的基础上进一步利用捕获的二氧化碳，我们开发了一种基于卟啉的POP，并将其与铟、铋和锡催化剂进行金属化。该优化系统在液流电池中表现出了73%的卓越法拉第效率，在H-电池中表现出65%的卓越法拉第效率，同时起始电位低至0.6 V，从而显著降低了能源需求，并将成本降低了70-90%。通过将高效的二氧化碳捕获、转化和甲酸储存集成到一个系统中，这项工作为循环碳经济开辟了一条切实可行且可扩展的道路，将二氧化碳重新定义为清洁能源和工业可持续发展的宝贵资源，而非废弃物。

ENEV066 - 用于低温碳捕获的新型接触液

随着二氧化碳 (CO₂) 排放量的增加加速了气候变化，碳捕集技术已变得至关重要。低温碳捕集 (CCC) 利用低温将二氧化碳从含有硫氧化物 (SO₂)、氮氧化物 (NO₂)、氮气和其他成分的气流中分离出来。然而，传统接触液异戊烷的挥发性阻碍了 CCC 的可扩展性，从而影响了其稳定性。本研究旨在通过开发新型接触液混合物来提高 CCC 的效率、稳定性和环境影响。\n\n将乙醇、乙酸乙酯和异戊烷按 4:1 和 4:2 的比例配制，并使用傅里叶变换红外光谱、气相色谱和差示扫描量热法进行表征，以评估挥发性、热稳定性和相变特性。使用 10:90 的二氧化碳/氮气气流测试了二氧化碳捕集效率，并使用德图气体分析仪进行测量。通过改变温度和二氧化碳浓度来确定最佳性能条件。使用CCC拖车进行了中试，以评估能耗、制冷剂损失和压力稳定性。\n\nFTIR、GC和DSC分析证实，新型共混物挥发性降低，热稳定性增强，使其适用于低温条件。4:1的乙酸乙酯-异戊烷共混物实现了100%的二氧化碳捕获效率，超过了异戊烷的85%。在不同的二氧化碳浓度下，在-95°C下仍能保持稳定性。中试结果表明，与异戊烷相比，CCC的能耗降低了13.84%，制冷剂损失降低了35.76%，压力波动降低了52%。\n\n这些结果表明CCC能够有效消除点源二氧化碳，凸显了其在负碳排放和全球工业应用方面的潜力。

ENEV075 - 自主科学：最佳路径规划

\n自主科学：最优路径规划通过分析洋流等环境因素来确定时间最优的海洋航线，从而优化海上航行。鉴于海洋的浩瀚和变量的多样性，我假设这是不可行的。使用汉密尔顿-雅可比-贝尔曼 (HJB) 偏微分方程，计算可达集和前沿，以找出船舶在特定海洋条件下可以航行的最远点。我们在里斯本、丰沙尔和蓬塔德尔加达之间进行了模拟，以探索船速、方向和洋流如何影响效率。结果表明，较高的洋流强度有助于推进，而高涡度区域则不利于航行。更快的速度可以减少航行时间，但会增加能耗，而较低的速度可以利用有利的洋流来提高燃油效率。这项研究表明，利用实时数据进行自适应路径规划对于提高航行效率和安全性的重要性。然而，虽然我在葡萄牙进行这项研究，但作为一名太平洋岛民，我的目标是将这些知识应用到我的家乡美属萨摩亚岛。为了应对南太平洋数据匮乏的问题，我利用回收材料建造了一台水下遥控潜水器 (ROV)，用于收集海洋数据。这台 ROV 的设计初衷是测量水质、温度和盐度，它提供的信息我计划将其整合到路径规划算法中。这个研究项目有望彻底改变海上航行，提供更高效的航线，赋能当地社区，并推动海洋科学领域的发展。

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2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

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ENEV环境工程获奖作品集合

ENEV051 - Alg/Cs/BET 珠用于火灾后水修复

水污染是一个全球性问题，其根源包括工业化和农业活动，以及像野火这样的自然灾害。这些火灾尤其令人担忧，因为它们会通过灰烬和燃烧物向环境中释放有毒污染物。这些自然灾害释放水载污染物的速度往往超出了实际控制范围。为了应对特大火灾释放的危险污染物，本研究通过实验研究了一种天然生物吸附剂的开发，以便及时、实用地去除水环境中的化学和金属污染物。实验包括使用天然成分配制生物吸附珠。Alg/Cs/BET 等添加剂因其吸附/吸收能力、相容性和可持续性而被选中；许多添加剂是从绿色垃圾中提取的，以提高成本效益和环保性。生物吸附剂 Alg/Cs/BET 珠是为了能够快速有效地分发到受污染的场地而研制的。将珠子浸泡在受污染的溶液中，并在 72 小时后进行分析。使用总溶解固体 (TDS) 计和分光光度计测量浓度变化，评估污染物去除效果。结果表明，配方可使硫酸铜、野火灰和亚甲蓝的污染水平分别降低 40%、56% 和 100%。采用方差分析统计检验比较不同配方的有效性，硫酸铜、亚甲蓝和野火灰的 p 值低于 0.05，表明结果显著。研究结果支持可持续生物吸附剂作为野火后水体修复可行解决方案的潜力，并建议在类似情况下更广泛地应用。

ENEV052T - 利用水凝胶恢复荒漠化土壤

受气候变化和激进耕作方式的影响，荒漠化对环境和数百万人的生存构成了重大威胁。据联合国统计，荒漠化每年使超过2.5亿英亩的肥沃土地受损，造成全球经济损失超过8780亿美元。HydroROOT是解决这一问题的一种新方法，它利用水凝胶的吸收特性，将氮磷钾养分和水分从深层土壤输送到表层土壤，并通过增加氧气扩散来催化土壤养分循环。此外，Raspberry Pi嵌入式系统利用随机森林机器学习模型，利用土壤数据以最优方式管理水凝胶的部署，同时预测土壤健康状况，以最大限度地提高资源效率。测试包括根据水和养分的吸收情况以及HydroROOT内部经历的机械应力，对不同的水凝胶（海藻酸钠、瓜尔胶水凝胶及其不同变体）进行优化。该预测机制遵循标准指数平滑方程[St = aXt + (1-a)St-1]来预测未来的土壤需求，从而使系统能够有效地分配资源。在200℃下加热的海藻酸钠水凝胶的吸水率为每毫升水1.1毫升水，而NPK养分分别增加了6.66-3.33-3.33毫克/千克土壤和+7%的湿度，高于不同受控环境下的其他水凝胶变体，表明土壤和养分循环恢复活力。经误差分析验证，数据收集和模型准确性的异常不会影响结果。HydroROOT对荒漠化梯度的方法对于遏制荒漠化至关重要，通过恢复垂死的生态系统，为人类和环境谋福利，从而防止社会危机。

ENEV054T - 废水和能源的生物光伏

全球仅有一半的废水得到处理——在低收入国家甚至下降到4.3%——而废水处理却消耗了全球4%的电力。鉴于能源部门已占全球排放量的75%，构建清洁能源解决方案以确保安全用水至关重要。本项目开发了一种新型两用生物光伏系统 (BPV)，以同时应对这两大挑战。BPV是一种通过光合作用将太阳能转化为电能，同时通过蓝藻过程过滤废水中营养物和重金属的装置。在本项目中，Arthrospira platensis被用作光合生物，因为它在先前的研究中表现出较高的效率，并且能够在各种环境条件下适应。本研究旨在通过优化电极表面积和电解质类型来提高性能，并开发一种用于废水处理的多迭代设计。该两用BPV系统实现了97%的平均营养物过滤效率和84%的重金属去除效率。铝棉和碳纤维电极具有最大的表面积，从而实现了最高的功率输出。使用 A. platensis 作为电解质还能增加电子转移，从而提高能量产生率。当系统规模扩大到 22.5 立方米（相当于一个小型污水处理厂的规模）时，该系统每年可处理 10,000 升污水，并可产生 3.2 千瓦时的电能盈余。该能源正向型双用途生物燃料电池 (BPV) 预计使用寿命为 58 年，采用可回收材料建造，并可应用于 A. platensis 的下游应用，为全球服务匮乏的社区提供经济实惠的分布式解决方案，从而提供清洁水和电力。

ENEV055 - 先进的超细颗粒物预防技术

大量超细颗粒物 (UFP) 暴露会对道路驾驶个人造成严重的健康问题。尽管如此，占所有车辆 90% 以上的内燃机汽车 (ICEV) 并不包含旨在有效减轻乘客 UFP 暴露的技术。本研究旨在检查压力释放阀 (PRV) 对渗透的影响并制定减少 UFP 暴露的解决方案。测量了三辆现代车辆的道路座舱（内部）和外部 UFP 浓度以及座舱和车辆外部表面积之间的压差 (DP)。观察到外部和内部 UFP 的极端浓度分别为 4.8×10^6 #/cm^3 和 4.2×10^5 #/cm^3，内部/外部 UFP 比率大多在 19.9%~71.8% 之间，但在一辆采用生物防御系统运行的非 ICEV 车辆中达到了 1.3% 的极低值。 PRV 被认为是造成渗透的主要因素，因为密封它可以进一步减少 ICEV 中舱室 UFP 的 50% 以上。DP 测量表明 PRV 附近的外部压力高于舱室压力，并且 PRV 约占 ICEV 整个渗透面积的 87.5%。打开部分 PRV 可以维持所需的舱室正压 (PCP)，从而减少渗透。一种新颖的 PRV 设计通过使用加重倾斜襟翼来维持所需的 PCP。本研究结果表明，通过控制 PRV 和创建 PCP 可以减少 ICEV 舱室 UFP。这些方法提供了一种有希望的解决方案，解决了 ICEV 缺乏 UFP 预防技术的问题，最终通过减少 UFP 暴露来保护数百万人的健康。

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2025 Regeneron ISEF大奖-ENEV环境工程获奖作品汇总-3

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

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其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

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ENEV环境工程获奖作品集合

ENEV025 - 污染物消除检测与输送系统

河口是动植物物种的重要繁殖地，为世界各地的沿海社区提供资源。然而，由于营养物富集导致的富营养化，生态系统正在迅速衰退。迫切需要通过将可持续材料与技术相结合的创新方法来捕获营养物负荷，并减轻富营养化事件的严重程度。\n\n本研究旨在开发一种实时检测和输送系统，用于海洋栖息地的定向污染物管理。通过静态分析比色法筛选出用于硝酸盐封存的沸石，并通过表面改性来提高其吸收和保留效率。设计了一个检测系统来评估有利于微生物生长的条件，并通过针对性措施防止藻类增殖。随后，在实验室中制造了一个定制的输送系统，使用伺服滑轮机构远程部署沸石进行硝酸盐封存。这两个系统都被集成到一个远程操作的地表水运载器中。最终配置包括双向导航控制协议、实时数据传输至针对用户特定需求优化的多模式仪表板，以及触发干预措施以防止有害影响。现场测试在华盛顿湖和印第安河进行，并通过云端仪表板监测水质。三阶多项式回归机器学习模型预测高营养环境的准确率高达 92%。\n\n这款经济高效的系统为工程师提供了一种可扩展的解决方案，以促进水体清洁，支持联合国目标 14.1，即到 2025 年大幅减少海洋污染。

ENEV033 - 利用丝状藻类生产生物燃料和肥料

化石燃料和氮肥的过度使用造成了严重的环境负担，亟需可持续的替代方案。目前，以微藻为原料的主流藻类生物质燃料生产成本高达6美元/升，而以丝状藻为原料的生物质燃料生产成本则较低。丝状藻类，尤其是水绵，无需特殊培养设备，生命力旺盛，易于大规模培养。本项目利用丝状藻作为生物质燃料，并以提取残渣为肥料，为解决上述问题提供了解决方案。以铁为主要营养成分，已成功进行了为期一年的开放式培养实验。月度培养测量结果表明，丝状藻在一年内可增殖85倍。溶剂萃取和燃烧实验表明，可用作燃料的丝状藻类含油率为1.8%至4.1%。若人均管理20公顷养殖面积，生产成本可降至1美元/升。提取后的残渣可有效用作多种植物的肥料，成分分析证实其含有大量的氮、钾和磷。与氮肥不同，丝状藻类制成的肥料对环境友好，因为其氮的浸出率较低。肥料销售已证明其需求旺盛。因此，该项目每公顷土地每年可产生170万美元的收入。此外，如果在日本28万公顷的休耕地上种植丝状藻类，全球氮肥消耗量可减少47%。这项利用丝状藻类的再生业务可以减少温室气体排放，促进全球可持续农业实践，同时还能产生显著的经济效益。

ENEV035T - 用于石油泄漏修复的基于ZnO的液体弹珠

水面石油污染仍然是一项严峻的环境挑战，每年有超过 2000 万升石油被排放到水生生态系统中。这些泄漏危及海洋生物，损害沿海经济，并威胁公众健康。传统的清理方法——包括分散剂、撇油器和吸附剂——通常只能回收不到 40% 的溢油，而且经常造成二次环境危害。\n为了突破这些限制，我们设计了自由漂浮的液体弹珠 (LM)，作为一种可持续且选择性的碳氢化合物回收解决方案。这些弹珠由水滴封装在自组装氧化锌 (ZnO) 微四足体的外壳中而成，这些微四足体具有超疏水性，接触角超过 120°，能够高效地从表面吸收石油。体积为 10µL 的液体弹珠表现出最大的机械阻力，可吸收高达其自身质量 90% 的碳氢化合物。它们的浮力结构和机械弹性使其在部署后可直接回收，从而最大限度地降低了收集过程中的污染风险。\n初步观察的表面运动得到了实证研究结果的支持，结果表明，挥发性化合物引起的表面张力梯度能够实现定向自推进，而氧化锌 (ZnO) 的压电特性则为电磁转向和自动部署提供了潜力。\n为了增强动态条件下的弹性，我们开发了基于聚合物的膜电极 (LM)，其机械稳定性比水基膜电极高出两个数量级，力-变形分析证实了这一点。未来的工作将专注于利用氧化锌的光活性表面实现捕获碳氢化合物的原位光催化降解，从而完成一个循环、生态安全的修复循环。

ENEV044 - 畜牧业是终结排放的关键

气候变化很大程度上是由于地球大气中过量的温室气体吸收热量所致。牲畜的消化功能是造成这些排放的一部分原因，这表明改变饮食习惯可以开始减少目前农业甲烷排放和人类活动对气候变化的影响。调查始于开发一种用于种植小麦草的水培系统。两头成年金牛（Bos taurus）用于实验，其中一头的饮食中添加了水培种植的食物来源。每头牛的粪便样本都用于测量气体产量。在进行水培和气体测量程序后，第二阶段的研究比较了种植水培食物来源与标准干草草饮食的成本、环保意识和可行性。最后，喂养水培小麦草的实验牛产生的粪便比对照牛少。水培种植的食物来源平均每50克粪肥至少可减少6千帕的甲烷排放量。研究发现，水培小麦草的实施每年可从全球排放中减少136万吨甲烷。每平方米20.19美元的低初始成本使其具有可扩展性和普及性。水培饲料的前景光明，因为它适用于更广泛的牲畜。

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2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-ENEV环境工程2025获奖作品方便学习

ENEV环境工程获奖作品集合

ENEV010T - Mush N' Pack

聚苯乙烯 (PS) 在包装中的过度使用已引发严重的环境问题，原因是其不可生物降解、大量产生微塑料污染以及有害的化学物质浸出。本项目探索开发一种基于菌丝体的复合材料 (MBC)，作为聚苯乙烯包装的可持续替代品，利用农业废弃物和天然涂层来增强其耐久性和防水性。Mush N' Pack 的原型采用菌丝体基质与小麦粉一起培养，随后涂覆不同比例的蜂蜡和椰子油，以评估其对吸水率、密度、抗真菌性和生物降解性的影响。\n\n关键实验结果表明，60BW（60% 蜂蜡，40% 椰子油）是最优配方，在结构完整性、防水性和抑菌性之间实现了平衡。吸水率测试表明，涂层样品的保湿性显著低于未涂层样品，而微生物测试证实涂层可有效抑制真菌生长。此外，土壤埋置试验表明，60BW 涂层 MBC 降解速度可控，既耐用又环保。\n\n总而言之，这项研究支持了 MBC 作为 PS 的可生物降解和可再生替代品的可行性，为更绿色的未来提供了可持续、经济高效且功能齐全的包装。未来研究可以探索超声波清洗等先进涂层技术，以改进 MBC 的性能并提升其实际应用价值。

ENEV011T - 防水保护

洪水是城市环境中的一大难题，会造成大面积的破坏和破坏。现有的解决方案缺乏整合，通常只针对一些孤立的方面，例如检测或分流。我们的研究探讨了HydroGuard的开发，这是一个集机器人技术、洪水管理和可再生能源发电于一体的多学科系统。其目的是创建一个整体的、可持续的解决方案，在缓解洪水的同时增强环境韧性。我们的方法由两个部分组成：首先是HydroBOT，它在雨水渠中运行，清除沉积物、检测结构缺陷并测量水流量，同时通过涡轮机发电。第二个部分是HydroBOT，它将实时数据传输到HydroHUB，并与蓄水池的水位读数相结合，以评估洪水风险并启动自动分流。实验室实验测试了HydroBOT清理排水沟和检测缺陷的能力，同时使用模拟洪水情景评估了HydroHUB的分流系统。我们的结果表明，HydroBOT能够有效地清除堵塞物并识别雨水渠中的结构问题，而涡轮机则能够产生可再生能源。 HydroHUB 将洪水引流至非洪涝区域，增强蓄水能力并延缓洪水的发生。HydroGuard 为城市洪涝灾害提供了实用且适应性强的解决方案，克服了现有系统的局限性。我们的解决方案通过减少洪水造成的损失和提高城市韧性，支持联合国可持续发展目标 11 中提出的创建可持续城市和社区的目标。这一创新系统展现出作为管理城市水资源挑战和降低洪水风险的综合方法的巨大潜力。

ENEV013 - 使用激光去除河床微塑料

自20世纪现代塑料发明以来，微塑料（MP）已成为地球上最普遍的人为污染物之一，从马里亚纳海沟到珠穆朗玛峰，再到人脑，随处可见。目前，很少有人提出将这些塑料从环境中清除，也还没有提出将它们从底栖区域（包括沉积物和水体底部）清除的方法。在这些区域，它们可能作为持久性有机污染物的载体，使沉积物脱氧，并对各种生物过程产生不利影响，从而产生巨大的负面影响。因此，本文介绍了第一种能够在河流生态系统范围内分离这些塑料的装置，并朝着创建一个能够从任何底栖生态系统中去除任何种类颗粒的通用系统迈出了第一步；这项任务以前只能通过昂贵且破坏生态的疏浚来实现。该装置采用简化的光谱学原理，通过激光照射悬浮颗粒，用摄像头测量反射光，然后根据反射光的波长和强度，收集颗粒或将其释放回河中，从而识别微塑料。在密尔沃基河进行的测试结果表明，该方法可以去除90.54%通过该装置的微塑料，并且随着进一步改进，理论上该性能可以进一步提升，从而更加精确。更广泛地说，该装置代表着一种低成本、通用且自给自足的河流颗粒去除方法的第一步，该方法可以广泛应用，带来显著的生态效益。

ENEV017T - 用于VOC检测的银纳米颗粒传感器

随着全球制造业的快速扩张，挥发性有机化合物 (VOC) 的排放量激增，对公众健康和环境安全构成严重威胁。然而，商用 VOC 传感器通常需要 200°C 以上的工作温度，这会导致能耗高、成本高，并存在火灾隐患。本研究提出了一种节能的替代方案，使用单分子层保护纳米团簇 (MPC)——银纳米粒子被表面化学可调的碳链包裹。通过优化碳链长度以平衡灵敏度和结构稳定性，然后引入功能基团以增强选择性，该传感器表现出对低至 4 ppm 浓度的 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 的灵敏检测。除了材料设计之外，还开发了一个带有集成电路和信号处理功能的完整原型，以实现实时 VOC 传感。与商用传感器相比，该系统将工作温度从 200°C 降至室温，能耗降低 99% 以上，制造成本从 20 美元降至 1 美元。这些结果凸显了基于 MPC 的平台作为可扩展、节能的工业气体监测解决方案的潜力。未来，将多个功能化的 MPC 与计算模型相结合，或许能够实现对复杂混合气体的选择性检测，为下一代多气体传感系统铺平道路。

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参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

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ENEV环境工程获奖作品集合

ENEV001 - 使用 Fe-TiO2 的甲醛检测仪和清洁剂

鉴于甲醛在环境中（尤其是在室内）的普遍存在及其对健康的重大风险，本研究提出了一种经济高效、尺寸灵活的集成系统，利用新型Fe-TiO₂光催化剂实时监测并高效催化痕量甲醛。该单纳米颗粒光催化剂通过水热反应和高温煅烧合成。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）进行形貌表征，并通过X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线衍射仪（XRD）、紫外可见光（UV-Vis）进行光谱表征，证实了该材料具有较高的表面积体积比、结晶度和均匀性，从而增强了材料的催化和电化学反应活性。改进的电化学传感器表现出高电导率和对低浓度甲醛的灵敏度，检测限为10⁻⁷M。与其他催化剂相比，Fe-TiOₓ纳米复合材料展现出卓越的光催化性能，6小时内甲醛去除率达80.0%，18小时内达89.2%，优于TiO₂、Fe-MOF、Cu-MOF和Co-MOF。三次运行的稳定性测试表明，其性能稳定，效率略有下降，彰显了其长期使用的可靠性。通过将检测和修复功能集成到一个设备中，本研究提供了一种数字化、便携式的室内空气质量管理解决方案，具有实时监测和高效催化功能。该方法克服了传统方法的局限性，拓展了其在住宅和商业环境中的应用。

ENEV004 - 通过纳米技术推进生物聚合物

今年的工程项目重点改进了BioRegen原型，这是一种完全源自废弃材料的生物聚合物，可在自然环境中完全生物降解。BioRegen通过对海鲜和造纸行业的废弃物进行升级改造，减少污染并支持循环经济。该项目采用三种可持续来源的纳米颗粒，在不损害聚合物环保性的前提下，增强了其机械性能、热性能和环境性能。\n\n该项目与联合国可持续发展目标9、12、14和15相一致，采用了二氧化钛、碳酸钙和氧化锌纳米颗粒，这些纳米颗粒可从工业和自然废物流中获取。这些纳米颗粒对生物塑料的性能产生了显著影响，因为二氧化钛可使拉伸强度提高46.15%，耐水性提高17.07%，热稳定性提高，并在91.70天内生物降解且无毒性（百分比高于对照组）。碳酸钙可提高柔韧性，保持强度（48.08%），并在122天内生物降解。ZnO的拉伸强度增幅（50.50%）和热稳定性最高，可在100.16天内生物降解，但柔韧性有所降低。所有纳米颗粒均通过了光降解和植物毒性测试，确保其对环境的影响最小。\n\n该项目展示了可持续纳米技术在生物塑料中的可行性。它具有再生发展模式，不仅促进了废物的合理利用，还减少了生态足迹。这些成果为生物降解塑料的发展铺平了道路，并为应对全球环境挑战迈出了重要一步。

ENEV007 - 光催化和等离子体废水处理

水污染是一个紧迫的全球性问题，低效的废水处理技术无法去除药物、抗生素和耐药细菌等新兴污染物，加剧了水污染问题。本项目设计并建造了一种新型废水处理反应器，将石墨相氮化碳 (gCN) 的光催化技术与多层空心表面介质阻挡放电 (MSDBD) 等离子体技术相结合。gCN 是一种不含金属的可见光响应光催化剂，可有效降解持久性污染物，而 MSDBD 等离子体则可产生活性物质，增强污染物的分解。该反应器在模型污染物和实际废水出水中进行了测试，结果表明，与传统处理方法相比，该反应器具有更高的去除效率，同时保持了 pH 值等水质参数。该研究技术还为处理用作肥料的动物粪便提供了一种有前景的解决方案，解决了一个全球被忽视的环境挑战。未经处理的粪便富含抗生素和耐药细菌，经常被施用于土壤和农作物，对人类健康、生态系统和水资源构成重大风险。将这项先进的废水处理技术应用于粪便处理，可以最大限度地降低污染风险，促进可持续农业和循环水经济。这项创新、可扩展且经济高效的解决方案代表了环境工程领域的重大进步，为应对水污染、降低抗生素耐药性和确保全球水安全提供了有效的策略。

ENEV008 - 利用食物垃圾制造可持续生物塑料

微塑料在环境中持久存在，通过食物链移动，并且由于其微小尺寸而易于摄入，从而危害水生生物并对人类健康构成风险。作为联合国可持续发展目标的一部分，该项目旨在开发一种创新工艺，利用100%可再生材料和回收的果皮废弃物，制造出强度更高的可持续生物塑料产品。该项目利用橙子、柚子、柠檬、苹果和梨等各种果皮废弃物生产了多种生物塑料。项目系统地研究了果皮含量和果皮类型的影响。结果表明，通过利用水果废弃物中的果胶与玉米淀粉之间的相互作用，添加回收果皮废弃物的策略可显著提高玉米淀粉生物塑料的强度70%。确定果皮与玉米淀粉的最佳比例为1.5:8.5，可最大程度地提高生物塑料的强度。橙皮被确定为生物塑料强度最高的果皮废弃物。柑橘类水果被发现是生物塑料强度最高的水果类型。透光率随果皮种类及其内容物的不同而变化，从而灵活地满足不同的包装要求。显微镜图像验证了果粉和生物塑料的均匀性和质量。最终，我们生产出了切实可行的可持续生物塑料产品原型，旨在消除微塑料对健康的不利影响。这项研究为循环经济铺平了道路，即通过回收水果废弃物来创造可再生、环保的生物塑料产品，以实现长期可持续发展。

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