Name: Jardines químicos como flujo continuo Reactores simulación de sistemas hidrotermales Naturales (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 55 s
Description: Aprende a simular chimeneas hidrotermales submarinas mediante jardines químicos en flujo continuo. Este método computacional permite estudiar la formación de estructuras autoensambladas y sus implicaciones en los orígenes de la vida.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Esta investigación se llevó a cabo en el Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California, bajo un contrato con la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio. Agradecemos el apoyo del Instituto de Astrobiología de la NASA (Icy Worlds). L.M.B. cuenta con el apoyo de la NAI a través del Programa Postdoctoral de la NASA, administrado por las Universidades Asociadas de Oak Ridge a través de un contrato con la NASA. J.E.N. fue apoyado a través de un PR/Premio # del Departamento de Educación de EE. UU.: P031C110019 administrado a través de Citrus College. Reconocemos las discusiones útiles con los miembros del Grupo Enfoque de Termodinámica, Desequilibrio y Evolución de NAI y el Instituto de Ciencias Espaciales Blue Marble.

1. Consideraciones de seguridad <ol><li> Use el equipo de protección personal (bata de laboratorio, gafas de protección, guantes de nitrilo, zapatos adecuados) para prevenir contra derrames químicos o lesión. Use jeringas y agujas, y tener cuidado de no perforar los guantes. Tenga cuidado durante el montaje experimental para comprobar el aparato que no haya fugas mediante la realización de la inyección primero con doble destilada H 2 O (ddH2O), y para comprobar la estabilidad de los viales de reacción sobre el soporte, antes de añadir productos químicos. </li><li> Llevar a cabo este experimento con cualquier receta jardín química, pero uno de los reactivos que utilizamos para simular los respiraderos de aguas profundas es una sustancia química peligrosa, sulfuro de sodio; por lo tanto, hacer todo el experimento dentro de una campana de humos para evitar la exposición. <ol><li> Sólo abrir la botella de sulfuro de sodio en la campana de humos y coloque un equilibrio dentro de la campana de humos para el pesaje de sulfuro. Mantenga siempre las soluciones que contienen sulfuro dentro de la campana de extracción a medida que liberan tóxicos H 2 S de gas, y también mantener Sulfide líquido, objetos punzantes, y contenedores de residuos sólidos en la campana de humos. Otro reactivo de interés es Fe (II) Cl 2 • 4H 2 O, que se oxida al contacto con el aire, así que tenga cuidado de mantener soluciones anóxica y crecer jardines químicos bajo un espacio de cabeza anóxica (por ejemplo, N2 o Ar), siempre dentro una campana de humos o en la guantera. </li></ol></li></ol> 2. Configuración para experimentos de inyección <ol><li> Crear vidrio &quot;viales de inyección&quot; por el corte de la parte inferior 1 cm de un 100 ml de vidrio claro de engarce botella de suero superior (20 mm engarzado sello tipo de cierre) con un cortador de vidrio de modo que, cuando se invierte, el recipiente está abierto al aire. A medida que estos son reutilizables, limpiar los viales en un 1 M de HCl baño de ácido O / N, y luego enjuague bien con ddH2O antes de que un nuevo experimento. </li><li> Preparar los viales de inyección (Figura 1). <ol><li> Reunir un tabique de 20 mm, 20 mm de aluminio engarzado sello, y una punta de pipeta de plástico 0,5-10 l. El uso de un ne 16 G jeringaedle, perfore cuidadosamente un agujero a través del centro del tabique, luego retire y deseche la aguja en el contenedor de residuos cortopunzantes apropiado. </li><li> Inserte la punta de la pipeta en el agujero de la aguja, en el lado del tabique de goma que se enfrentará el interior de la parte superior de engarce del vial. Empuje la punta de la pipeta a través del septo de modo que empuja hacia fuera el otro lado. </li><li> Crimp-sellar el tabique con punta de la pipeta en el recipiente de la inyección para hacer un sello hermético. Cuando sellada, empuje la punta de la pipeta aún más a través del tabique de manera que sobresalga fuera. </li><li> Fije la tubería resistente a productos químicos 1/16 &quot;diámetro interior clara flexible a la punta de la pipeta (longitud del tubo debe llegar desde el vial de inyección de la bomba de jeringa); deslice hacia arriba para un sello hermético. Nota: Este será el tubo de inyección, alimentada desde el otro extremo por una jeringa con aguja 16 G. </li><li> Compruebe si hay fugas: Inserte una jeringa de 10 ml lleno de ddH 2 O con una aguja de 16 G en el otro extremo de la tubería(sin problemas deslice el tubo directamente a la aguja y tener cuidado de no perforar la pared del tubo). Inyecte lentamente de modo que la ddH 2 O se mueve hacia arriba el tubo y en la parte inferior del recipiente de reacción. Asegúrese de que la jeringa / tubo, tubo / punta y crimpado sellos son herméticos. </li></ol></li><li> Sujetar los viales de inyección en un soporte en una campana de humos, por lo que la inyección se alimentará desde la parte inferior del vial. Nota: viales de múltiples se pueden configurar a la vez y se alimentaron simultáneamente por jeringas separadas. </li><li> Establecer electrodos para medir el potencial de membrana a través de la pared de los jardines químicos. Utilice siempre el mismo convenio para que el plomo es &quot;dentro&quot; y que está &quot;fuera&quot; de los jardines químicos. <ol><li> Cortar trozos de alambre aislado (por ejemplo, cobre) que llegan desde el interior de los recipientes de reacción a la iniciativa del multímetro o registrador de datos. Deja un poco de holgura en los cables para el posicionamiento. </li><li> Strip ~ 3 mm de lacable desnudo en los extremos que se ubicarán en el interior del vial de reacción. En los otros extremos que se conectarán a los cables del multímetro, tira ~ 1 cm de alambre. </li><li> Fijar los cables en su lugar para medir el potencial de membrana a través del jardín química. Para el cable que irá dentro del jardín química: la inserta en la apertura de la punta de la pipeta de la cual el fluido se alimentará en el vaso. </li><li> Empuje el alambre en la ligera para asegurar el contacto con la solución de inyección, pero no tan lejos que se va a obstruir el flujo de inyección. Para el alambre exterior: lugar de modo que estará en contacto con el depósito de la solución, pero no con el precipitado jardín química. </li><li> Tape o de otra manera asegurar los cables de modo que no pueden moverse en el interior del vial de inyección durante el experimento (Figura 2). </li><li> Conecte los otros extremos de los cables al multímetro, y asegurar los cables de manera que los extremos también no se mueven durante todo el experimento. </li></ol></li><li> Configure N 2 </sub&gt; líneas de gas que va a alimentar a cada uno en uno de los viales de inyección. <ol><li> Dividir la alimentación de gas de una fuente de N 2 en varios tubos, de modo que hay una N 2 de alimentación para cada vial de inyección. </li><li> Colocar cada tubo 2 N de manera que se alimenta en el espacio de cabeza de uno de los viales de inyección. </li></ol></li></ol> 3. Preparación de Soluciones para la química Jardín Crecimiento <ol><li> Preparar la solución de depósito, a 100 ml para cada experimento. Nota: En este ejemplo, utilizar mM Fe 2+ 75 y 25 mM Fe 3+ como los cationes precipitantes (Tabla 1). <ol><li> Crear soluciones anóxicas por primera burbujeando el ddH 2 O con N 2 gas durante ~ 15 min por 100 ml. </li><li> Pesar y añadir el FeCl2 • 4H 2 O y FeCl3 • 6H 2 O, revolviendo suavemente para disolver (no con vigor a fin de no introducir oxígeno). </li><li> Después se disuelven los reactivos, Resum inmediatamentee la luz de propagación del Fe 2+ / Fe 3+ solución con gas N2, mientras que las inyecciones se preparan. </li></ol></li><li> Elija cualquier dos de las soluciones de inyección primarios mostrados en la Tabla 1, y preparar 10 ml de cada uno. Llene una jeringa 10 ml hasta la marca de 7 ml con cada una de las soluciones (una jeringa para cada solución). Vuelva a colocar las tapas de aguja y reservar. </li><li> Preparar 20 ml de la solución de inyección secundaria (sulfuro de sodio - Precaución). Mostrados en la Tabla 1 Llenar dos 10 ml jeringas a la marca de 7 ml con esta solución, coloque las tapas de aguja y reservar. Mantenga siempre las soluciones que contienen sulfuro y jeringas en la campana de humos. </li><li> Vuelva a llenar el ddH2O jeringas de Paso 2.2.5; estos se utilizan para enjuagar el tubo de inyección. </li></ol> 4. A partir de la primera inyección <ol><li> Utilice registrador de datos deseado para la membrana mediciones potenciales; medir el potencial de cada experimento en una separate canal y ajustar la velocidad de barrido para dar la cantidad deseada de puntos de datos (por ejemplo, para una inyección de 2 horas, grabando potencial de cada 30 segundos sería suficiente). </li><li> Asegure las jeringas de inyección primaria en la bomba de jeringa programables en la campana de humos. </li><li> Use un vaso de precipitados de residuos para coger goteos y establecer la bomba de jeringa para inyectar a un ritmo rápido hasta que las jeringas ambos comienzan a gotear en el vaso. A continuación, detenga la inyección (con el fin de asegurar que las dos jeringas comenzar a inyectar exactamente al mismo nivel). </li><li> Re-programa de la bomba de jeringa para inyectar a los 2 ml por hora (calibrar para el tipo de jeringa que se utiliza), pero no golpear comienzo. </li><li> Inserte los ddH2O jeringas en los dos tubos de inyección de plástico, e inyectar de manera que el agua llena el tubo transparente hasta la abertura donde entra en el reservorio principal. Coloque las jeringas en el stand, por encima de los viales de inyección. </li><li> Verter 100 ml de solución de depósito de la Fe 2+ / Fe 3+ en eavial ch. </li><li> Ajustar el flujo de las líneas de gas N 2 como se desee para mantener la anóxica experimento para la duración de las inyecciones. </li><li> Cubrir cuidadosamente los viales del yacimiento con un sello hermético (por ejemplo, utilizando Parafilm; no obstruir la vista a través del cristal) e inserte un feed N 2 en cada vial (Figura 3). </li><li> Traiga las ddH2O jeringas (siendo insertados en el tubo) al lado de las jeringas de inyección primaria. Cuidadosamente deslice el tubo de plástico por inyección de la aguja de la jeringa O ddH 2, y transferir inmediatamente directamente sobre una de las agujas jeringa de inyección primaria. (Tenga cuidado para no romper la pared de la tubería.) </li><li> Inicie la inyección, y comenzar la grabación de potencial de membrana. </li></ol> 5. A partir de la inyección secundaria: <ol><li> Hit parada de la bomba de jeringa después de 3 horas (después de haber sido inyectada 6 ml), estructuras de jardín vez químicas han formado (Figure 4), generando continuamente un potencial de membrana (Figura 5). </li><li> Retire con cuidado las jeringas primarios de inyección de la bomba de jeringa (pero déjelos conectados a la tubería por lo que las estructuras no son perturbados); ponerlos en el soporte por encima del nivel del fluido en los viales de manera que el fluido no puede fluir de nuevo en la jeringa. </li><li> Asegure las jeringas de sulfuro de inyección secundarias a la bomba de jeringa, y repita los pasos 4.3 y 4.4. </li><li> Retire las jeringas secundarios uno a la vez de la bomba de jeringa, y, mientras mantiene las jeringas por encima del nivel del fluido en los viales, repita el paso 4.9, transfiriendo el tubo desde las jeringas primarias para las jeringas secundarias (Figura 6). Sea vigilante que la presión de fluido desde el depósito en la jeringa no causa que el fluido fluya de nuevo en la jeringa ya que esto podría colapsar el jardín química. </li><li> Cuando se complete la transferencia, fije atentamente las jeringas secundarias a thbomba de jeringa e. </li><li> Re-programa de la bomba de jeringa para inyectar a los 2 ml por hora, y pulsa START para continuar la inyección con la nueva solución de inyección. </li><li> Deseche las jeringas de inyección primaria. </li></ol> 6. Poner fin al experimento <ol><li> La primera parada la bomba de jeringa, y luego se detiene la grabación del potencial de membrana y guardar los datos. </li><li> Apague el flujo de N 2 y quitar las líneas y el Parafilm de los vasos de inyección. </li><li> Si se desea, muestras de la solución de depósito o precipitar para su posterior análisis. Para quitar cuidadosamente la solución de depósito y no perturbar el precipitado, utilice una pipeta de 25 ml pipetear con cuidado la solución de depósito en varias alícuotas, y desechar la solución en un vaso de precipitados de residuos. </li><li> Desembridar los vasos de inyección de uno a la vez y se vierte la solución en un vaso de precipitados de transferencia de residuos en la campana de humos. Utilice ddH2O para enjuagar piezas de precipitado. </li><li> Retire las jeringas from la bomba de jeringa, y extraerlos de la tubería, dejando que el exceso de líquido de inyección se escurra en el vaso de precipitados de transferencia de residuos. Vacíe las jeringas en el vaso de residuos, y disponer de las jeringas en un contenedor de objetos punzantes sulfuro de mantenerse en la campana de humos. </li><li> Retire el tubo del vial experimento y disponer de ella en una bolsa de residuos sólidos. Uncrimp el sello y disponer del tabique, sello, y punta de la pipeta. </li><li> Enjuague el experimento vial de vidrio y sumergirlo en un 1 M de HCl baño de ácido O / N. (PRECAUCIÓN - material de vidrio que ha estado en contacto con sulfuro de sodio lanzará tóxicos H 2 S de gas cuando se coloca en ácido Mantenga baños de ácido dentro de la campana de humos..) </li></ol>

<ol><li>Leduc, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLeduc%2C+S+%22The+Mechanism+of+Life%22">The Mechanism of Life</a>. , Rebman. London. (1911).</li>
<li>Coatman, R. D., Thomas, N. L., Double, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+of+the+growth+of+%E2%80%98%E2%80%98silicate+gardens%E2%80%99%E2%80%99+and+related+phenomena%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Sci%22%5BJournal%5D)">Studies of the growth of ‘‘silicate gardens’’ and related phenomena.</a> J. Mater. Sci. 15, 2017-2026 (1980).</li>
<li>Barge, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+Chemical+Gardens+to+Chemobrionics%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">From Chemical Gardens to Chemobrionics.</a> Chem. Rev. 115 (16), 8652-8703 (2015).</li>
<li>Russell, M. J., Hall, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+onset+and+early+evolution+of+life%5BTitle%5D)+AND+%22GSA+Memoir%22%5BJournal%5D)">The onset and early evolution of life.</a> GSA Memoir. 198, 1-32 (2006).</li>
<li>Russell, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Drive+to+Life+on+Rocky+and+Icy+Worlds%5BTitle%5D)+AND+%22Astrobiology%22%5BJournal%5D)">The Drive to Life on Rocky and Icy Worlds.</a> Astrobiology. 14 (4), 308-343 (2014).</li>
<li>Macleod, G., Mckeown, C., Hall, A. J., Russell, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+and+oceanic+pH+conditions+at+4Ga+relevant+to+the+origin+of+life%5BTitle%5D)+AND+%22Origins+Life+Evol.+B%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal and oceanic pH conditions at 4Ga relevant to the origin of life.</a> Origins Life Evol. B. 24, 19-41 (1994).</li>
<li>Mielke, R. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+Test+of+a+Hydrothermal+Reactor+for+Origin%E2%80%90Of%E2%80%90Life+Experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Astrobiology%22%5BJournal%5D)">Fabrication and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin‐Of‐Life Experiments.</a> Astrobiology. 10, 799-810 (2010).</li>
<li>Russell, M. J., Hall, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+emergence+of+life+from+iron+monosulphide+bubbles+at+a+submarine+hydrothermal+redox+and+pH+front%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geol.+Soc.+Lond%22%5BJournal%5D)">The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine hydrothermal redox and pH front.</a> J. Geol. Soc. Lond. 154, 377-402 (1997).</li>
<li>Vance, S., Harnmeijer, J., Kimura, J., Hussmann, H., Demartin, B., Brown, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+systems+in+small+ocean+planets%5BTitle%5D)+AND+%22Astrobiology%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal systems in small ocean planets.</a> Astrobiology. 7, 987-1005 (2007).</li>
<li>Ehlmann, B. L., Mustard, J. F., Murchie, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Geologic+setting+of+serpentine+deposits+on+Mars%5BTitle%5D)+AND+%22Geophys.+Res.+Lett%22%5BJournal%5D)">Geologic setting of serpentine deposits on Mars.</a> Geophys. Res. Lett. 37, L06201(2010).</li>
<li>Hsu, H. -W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ongoing+hydrothermal+activities+within+Enceladus%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Ongoing hydrothermal activities within Enceladus.</a> Nature. 519, 207-210 (2015).</li>
<li>Cartwright, J. H. E., García-Ruiz, J. M., Novella, M. L., Otálora, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+Chemical+Gardens%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Colloid+Interf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Formation of Chemical Gardens.</a> J. Colloid Interf. Sci. 256, 351-359 (2002).</li>
<li>Barge, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+Iron-Phosphate-Silicate+Chemical+Garden+Structures%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Characterization of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures.</a> Langmuir. 28, 3714-3721 (2012).</li>
<li>Glaab, F., Kellermeier, M., Kunz, W., Morallon, E., García-Ruiz, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+and+Evolution+of+Chemical+Gradients+and+Potential+Differences+Across+Self-Assembling+Inorganic+Membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Edit%22%5BJournal%5D)">Formation and Evolution of Chemical Gradients and Potential Differences Across Self-Assembling Inorganic Membranes.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 124, 4393-4397 (2012).</li>
<li>Pagano, J. J., Thouvenel-Romans, S. T., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compositional+analysis+of+copper%E2%80%93silica+precipitation+tubes%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Compositional analysis of copper–silica precipitation tubes.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 110-116 (2006).</li>
<li>Parmar, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+cobalt+precipitation+tube+synthesized+through+%E2%80%9Csilica+garden%E2%80%9D+route%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Charact%22%5BJournal%5D)">Characterization of cobalt precipitation tube synthesized through “silica garden” route.</a> Mater. Charact. 60, 863-868 (2009).</li>
<li>Parmar, K., Pramanik, A. K., Bandyopadhya, N. R., Bhattacharjee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+Fe%28III%29-silicate+precipitation+tubes%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Res.+Bull%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of Fe(III)-silicate precipitation tubes.</a> Mater. Res. Bull. 45, 1283-1287 (2010).</li>
<li>Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical-Garden+Formation%2C+Morphology%2C+and+Composition.+I.+Effect+of+the+Nature+of+the+Cations%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. I. Effect of the Nature of the Cations.</a> Langmuir. 27, 3286-3293 (2011).</li>
<li>Stone, D. A., Goldstein, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tubular+precipitation+and+redox+gradients+on+a+bubbling+template%5BTitle%5D)+AND+%22P.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Tubular precipitation and redox gradients on a bubbling template.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (32), 11537-11541 (2004).</li>
<li>Makki, R., Ji, X., Mattoussi, H., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Organized+Tubular+Structures+as+Platforms+for+Quantum+Dots%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Self-Organized Tubular Structures as Platforms for Quantum Dots.</a> J. Am. Chem. Soc. 136, 6463-6469 (2014).</li>
<li>Long, D. -L., Tsunashima, R., Cronin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyoxometalates%3A+Building+Blocks+for+Functional+Nanoscale+Systems%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Edit%22%5BJournal%5D)">Polyoxometalates: Building Blocks for Functional Nanoscale Systems.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 49, 1736-1758 (2010).</li>
<li>Mielke, R. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iron-Sulfide-Bearing+Chimneys+as+Potential+Catalytic+Energy+Traps+at+Life%E2%80%99s+Emergence%5BTitle%5D)+AND+%22Astrobiology%22%5BJournal%5D)">Iron-Sulfide-Bearing Chimneys as Potential Catalytic Energy Traps at Life’s Emergence.</a> Astrobiology. 11, 933-950 (2011).</li>
<li>Roszol, L., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+the+Wall+Thickness+and+Composition+of+Hollow+Precipitation+Tubes%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Controlling the Wall Thickness and Composition of Hollow Precipitation Tubes.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 20100(2011).</li>
<li>Ludwig, K. A., Kelley, D. S., Butterfield, D. A., Nelson, B. K., Früh-Green, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+and+evolution+of+carbonate+chimneys+at+the+Lost+City+Hydrothermal+Field%5BTitle%5D)+AND+%22Geochim.+Cosmochim.+Ac%22%5BJournal%5D)">Formation and evolution of carbonate chimneys at the Lost City Hydrothermal Field.</a> Geochim. Cosmochim. Ac. 70, 3625-3645 (2006).</li>
<li>Russell, M. J., Hall, A. J., Turner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+growth+of+iron+sulphide+chimneys%3A+possible+culture+chambers+for+origin-of-life+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Terra+Nova%22%5BJournal%5D)">In vitro growth of iron sulphide chimneys: possible culture chambers for origin-of-life experiments.</a> Terra Nova. 1, 238-241 (1989).</li>
<li>Russell, M. J., Daniel, R. M., Hall, A. J., Sherringham, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+hydrothermally+precipitated+catalytic+iron+sulphide+membrane+as+a+first+step+toward+life%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Evol%22%5BJournal%5D)">A hydrothermally precipitated catalytic iron sulphide membrane as a first step toward life.</a> J. Mol. Evol. 39 (3), 231-243 (1994).</li>
<li>Barge, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pyrophosphate+Synthesis+in+Iron+Mineral+Films+and+Membranes+Simulating+Prebiotic+Submarine+Hydrothermal+Systems%5BTitle%5D)+AND+%22Geochim.+Cosmochim.+Ac%22%5BJournal%5D)">Pyrophosphate Synthesis in Iron Mineral Films and Membranes Simulating Prebiotic Submarine Hydrothermal Systems.</a> Geochim. Cosmochim. Ac. 128, 1-12 (2014).</li>
<li>McGlynn, S. E., Kanik, I., Russell, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peptide+and+RNA+contributions+to+iron-sulphur+chemical+gardens+as+life%27s+first+inorganic+compartments%2C+catalysts%2C+capacitors+and+condensors%5BTitle%5D)+AND+%22Philos.+T.+R.+Soc.+S-A%22%5BJournal%5D)">Peptide and RNA contributions to iron-sulphur chemical gardens as life's first inorganic compartments, catalysts, capacitors and condensors.</a> Philos. T. R. Soc. S-A. 370, 3007-3022 (2012).</li>
<li>Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, C. I., Stocieck, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical-Garden+Formation%2C+Morphology%2C+and+Composition.+II.+Chemical+Gardens+in+Microgravity%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. II. Chemical Gardens in Microgravity.</a> Langmuir. 27, 3294-3300 (2011).</li>
<li>Thouvenel-Romans, S., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oscillatory+Growth+of+Silica+Tubes+in+Chemical+Gardens%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Oscillatory Growth of Silica Tubes in Chemical Gardens.</a> J. Am. Chem. Soc. 125, 4338-4341 (2003).</li>
<li>Batista, B. C., Cruz, P., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+Hydrodynamic+Plumes+to+Chemical+Gardens%3A+The+Concentration-Dependent+Onset+of+Tube+Formation%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">From Hydrodynamic Plumes to Chemical Gardens: The Concentration-Dependent Onset of Tube Formation.</a> Langmuir. 30, 9123-9129 (2014).</li>
<li>Herschy, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+origin-of-life+reactor+to+simulate+alkaline+hydrothermal+vents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Evol%22%5BJournal%5D)">An origin-of-life reactor to simulate alkaline hydrothermal vents.</a> J. Mol. Evol. 79, 213-227 (2014).</li>
<li>Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K., Ishii, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+CO2+Reduction+by+Ni-containing+Iron+Sulfides%3A+How+Is+CO2+Electrochemically+Reduced+at+Bisulfide-Bearing+Deep-sea+Hydrothermal+Precipitates%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochim.+Acta%22%5BJournal%5D)">Electrochemical CO2 Reduction by Ni-containing Iron Sulfides: How Is CO2 Electrochemically Reduced at Bisulfide-Bearing Deep-sea Hydrothermal Precipitates?</a> Electrochim. Acta. 141, 311-318 (2014).</li>
<li>Hansen, H. C. B., Guldberg, S., Erbs, M., Koch, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+nitrate+reduction+by+green+rusts%E2%80%94effects+of+interlayer+anion+and+Fe+%28II%29%3A+Fe+%28III%29+ratio%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Clay+Sci%22%5BJournal%5D)">Kinetics of nitrate reduction by green rusts—effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio.</a> Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).</li>
<li>Trolard, F., Bourrié, G. Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTrolard%2C+F+%22Clay+Minerals+in+Nature+-+Their+Characterization%2C+Modification+and+Application%22">Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application</a>. , InTech. (2012).</li>
<li>van Oss, C. J. Specifically Impermeable Precipitate Membranes. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3avan+Oss%2C+CJ+%22Surface+and+Colloid+Science%22">Surface and Colloid Science</a>. , Springer. US. 115-144 (1984).</li>
<li>Baaske, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extreme+accumulation+of+nucleotides+in+simulated+hydrothermal+pore+systems%5BTitle%5D)+AND+%22P.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).</li>
</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

La formación de una estructura química a través de jardín método de inyección se puede lograr mediante la interconexión dos soluciones que contienen iones reactivos que producen un precipitado. Hay muchos sistemas de reacción posibles que producirán estructuras precipitado y encontrar la receta adecuada de iones reactivos y concentraciones para hacer crecer una estructura deseada es una cuestión de prueba y error. El caudal de la solución de inyección se controla mediante una bomba de jeringa programable y esto también ...

&quot;Jardines químicos&quot; son precipitados inorgánicos autoensamblables desarrollados donde dos fluidos de químicas contrastantes interactúan 1,2. Estas estructuras inorgánicas de autoensamblaje han sido objeto de interés científico durante más de un siglo, en parte debido a su apariencia biomimético, y se han interpuesto numerosos estudios experimentales y teóricos para entender los diversos aspectos complejos y las posibles funciones de los sistemas jardín químicos 3. Ejemplos naturales de jardines químicos incluyen minerales &quot;chimenea&quot; precipitados que crecen alrededor de manantiales hidrotermales y filtraciones, y se ha argumentado que estos podrían proporcionar entornos plausibles para la vida emerja 4. Para cultivar un jardín química simulando un respiradero hidrotermal chimenea natural, una solución de reserva debe representar una composición océano simulado y una solución de inyección debe representar el fluido hidrotermal que alimenta en el océano. La versatilidad de este tipo of experimento para diferentes sistemas de reacción permite la simulación de casi cualquier química de los fluidos del océano / hidrotermal propuesto, incluyendo ambientes en la Tierra primitiva o en otros mundos. En la Tierra primitiva, los océanos habrían estado anóxico, ácido (pH 5-6), y habría contenido disuelto CO 2 atmosférico y Fe 2+, así como Fe III, Ni 2+, Mn 2+, NO 3- y NO 2. Las reacciones químicas entre este agua de mar y la corteza oceánica ultramafic habrían producido un fluido hidrotermal alcalina que contiene hidrógeno y metano, y en algunos casos sulfuro (HS -) 4-8. Las chimeneas formadas en ambientes de ventilación alcalina tempranas de la Tierra por lo tanto podrían haber contenido oxihidróxidos férricos / ferrosos y sulfuros de hierro / níquel, y se ha propuesto que estos minerales podrían haber servido particulares funciones catalíticas y proto-enzimática hacia el aprovechamiento geoquímicos redox / gradientes de pH para conducir la aparición de Metabolism 5. Del mismo modo, en otros mundos como el que pueden albergar (o puede haber alojados) de agua / interfaces de roca - como Marte primitivo, la luna de Júpiter, Europa, o la luna de Saturno Encelado - es posible que la química del agua / roca podría generar entornos de ventilación alcalinos capaces de conducción química prebiótica o incluso proporcionar nichos habitables para la vida existente 5,9-11. El clásico experimento jardín química implica un cristal de siembra de una sal de metal, por ejemplo, tetrahidrato de cloruro ferroso FeCl 2 • 4H 2 O, sumergido en una solución que contiene aniones reactivo, por ejemplo silicato de sodio o &quot;vidrio soluble&quot;. La sal se disuelve de metal, creando una solución ácida que contiene Fe2 + que interactúa con la solución más alcalina (que contiene aniones de silicato y OH -) y se forma un precipitado membrana inorgánica. Las olas de membrana bajo presión osmótica, ráfagas, luego re-precipita unt la nueva interfaz de fluido. Este proceso se repite hasta que se disuelven los cristales, lo que resulta en una orientación vertical, la estructura precipitado auto-organizada con una morfología compleja en ambas escalas macro y micro. Este proceso de precipitación resultados en la separación continua de soluciones químicamente contrastantes través de la membrana jardín química inorgánica, y la diferencia de especies cargadas a través de la membrana produce un potencial de membrana 12-14. Estructuras de jardín Química son complejas, exhibiendo gradientes de composición desde el interior al exterior 13,15-19, y las paredes de la estructura mantener la separación entre las soluciones contrastadas por períodos largos sin dejar de ser un poco permeable a los iones. Además de ser un experimento ideal para fines educativos (ya que son fáciles de hacer para demostraciones en el aula, y pueden educar a los estudiantes acerca de las reacciones químicas y la auto-organización), jardines químicos tienen importancia científica como representaciones de la auto-assembly en dinámicos sistemas, lejos del equilibrio, que involucra métodos que pueden conducir a la producción de materiales interesantes y útiles 20,21. Jardines química en el laboratorio también pueden ser cultivadas a través de métodos de inyección, en el que la solución que contiene un ion precipitando se inyecta lentamente en la segunda solución que contiene el ion (o iones) co-precipitación. Esto resulta en la formación de estructuras de jardín químicas similares a las de los experimentos de crecimiento de cristales, excepto que las propiedades del sistema y el precipitado se pueden controlar mejor. El método de inyección tiene varias ventajas significativas. Le permite a uno para formar un jardín química usando cualquier combinación de precipitantes o incorporados especies, es decir, múltiples iones precipitantes se pueden incorporar en una solución, y / o otros componentes no precipitante puede ser incluido en cualquiera de las soluciones para adsorber / reaccionan con el precipitado . El potencial de membrana generado en un producto químicosistema de jardín se puede medir en un experimento inyección si un electrodo se incorpora en el interior de la estructura, permitiendo así estudio electroquímico del sistema. Experimentos de inyección ofrecen la posibilidad de alimentar la solución de inyección en el interior del jardín química para marcos de tiempo controlados mediante la variación de la velocidad de inyección o el volumen total inyectado; por lo tanto es posible alimentar a través de diferentes soluciones de forma secuencial y utilizar la estructura de precipitado como una trampa o reactor. Combinadas, estas técnicas permiten simulaciones de laboratorio de los complejos procesos que podrían haber ocurrido en un sistema de jardín químico natural en un respiradero hidrotermal submarina, incluyendo una chimenea formado de muchas reacciones de precipitación simultáneas entre el océano y la ventilación de fluido (por ejemplo, la producción de sulfuros, hidróxidos , y / o carbonatos y silicatos) 5,22. Estas técnicas también se pueden aplicar a cualquier sistema de reacción jardín química para permitir la formación de nuevos tiposde materiales, por ejemplo, tubos de capas o tubos con especies reactivas adsorbidos 20,23. Detallamos aquí un experimento de ejemplo que incluye el crecimiento simultáneo de dos jardines químicos, Fe 2 + que contienen estructuras en un ambiente anóxico. En este experimento se incorporaron cantidades traza de polifosfatos y / o aminoácidos en la solución inicial de inyección para observar su efecto sobre la estructura. Después de la formación inicial del jardín química que luego cambiamos la solución de inyección para introducir el sulfuro como un anión precipitante secundaria. Las mediciones de los potenciales de membrana se realizan automáticamente durante todo el experimento. Este protocolo describe cómo ejecutar dos experimentos a la vez utilizando una bomba de jeringa dual; Los datos mostrados requieren múltiples carreras de este procedimiento. Las tasas relativamente altas de flujo, pH bajo de las concentraciones del yacimiento y reactivos empleados en nuestros experimentos están diseñados para formar precipitados gran chimenea en tiempo sccervezas adecuados para experimentos de laboratorio de un día. Sin embargo, las tasas de flujo de fluido en fuentes hidrotermales naturales pueden ser mucho más difusa y las concentraciones de reactivos precipitantes (por ejemplo, Fe y S en un sistema de la Tierra temprana) podrían ser un orden de magnitud inferior 4; por lo tanto, precipitados estructurados se forman en escalas de tiempo más largos y la rejilla de ventilación podrían estar activos durante decenas de miles de años 24,25.

<table><tbody><tr><td>Bomba de jeringa</td><td>Fisher</td><td>14-831-3</td><td>Doble o múltiple canal, dependiendo del número deseado de experimentos simultáneos</td></tr><tr><td>Cloruro ferroso tetrahidratado</td><td>Fisher</td><td>I90500</td><td>Cloruro ferroso tetrahidratado (Cristalino/Certificado)</td></tr><tr><td>Cloruro férrico hexahidratado</td><td>Fisher</td><td>I88-100</td><td>Ferric&nbsp; Cloruro&nbsp; Hexahidrato&nbsp; (Grumos/ACS certificado)</td></tr><tr><td>Hidróxido de sodio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>grado reactivo, &ge; 98%, pellets (anhidros)</td></tr><tr><td>Sulfuro de sodio nonahidratado</td><td>Fisher</td><td>S425212</td><td>Sulfuro de sodio nonahidratado (Cristalino/Certificado ACS). Almacene a -20&nbsp; &#176;C. Solo se abre en una guantera o campana extractora. Libera gas tóxico H2S; Todas las soluciones que contengan sulfuro deben guardarse en una guantera o en una campana extractora.</td></tr><tr><td>Pirofosfato de potasio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/322431?lang=en&amp; region=US">322431</a></td><td>97%</td></tr><tr><td>L-Alanine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a7627?lang=en&amp; region=US">A7627</a></td><td></td></tr><tr><td>Jeringas (10&nbsp; cc)</td> <td>Fisher</td><td>14-823-16E</td><td>BD&comercio; Jeringa con puntas Luer-Lok (sin aguja)</td></tr><tr><td>Agujas de jeringa (16&nbsp; calibre)</td><td>Fisher</td><td>14-826-18B</td><td>BD&comercio; Uso general y precisiónAgujas hipodérmicas Glide, 16&nbsp; G x 1,5 pulg. (38&nbsp; mm)</td></tr><tr><td>Tubo</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-06407-71</td><td>Tygon Tubo de laboratorio, no DEHP, 1/16" de diámetro interno x 1/8" de diámetro exterior</td></tr><tr><td>Sellos de aluminio</td><td>Fisher</td><td>0337523C</td><td>Thermo Scientific&trade; Nacional&comercio; Espacio de cabeza 20&nbsp; mm Sellos de crimpado</td></tr><tr><td>Tapones de butilo grises</td><td>Fisher</td><td>0337522AA</td><td>Thermo Scientific&trade; Nacional&comercio; 20&nbsp; mm Septos para viales Headspace</td></tr><tr><td>Frascos de suero Viales</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>33110-U</td><td>, tapa engarzada, frasco de suero, tamaño 100 ml, vidrio transparente, diámetro exterior y tiempos; H 51,7 mm y veces; 94,5 milímetros. Para estos experimentos, se debe cortar el fondo del frasco de suero.</td></tr><tr><td>Puntas de pipeta</td><td>VWR</td><td>53511-682</td><td>puntas de pipeta 0.5-10 &#956; l</td></tr><tr><td>Alambre</td><td>McMaster-Carr</td><td>8073K661</td><td>Alambre sólido de un solo conductor, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC</td></tr></tbody></table>

jardines químicos como flujo continuo reactores simulación de sistemas hidrotermales naturales

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

Aquí reportamos simulaciones experimentales del crecimiento de chimeneas hidrotermales utilizando métodos de inyección de jardines químicos. La versatilidad de este tipo de experimento permite probar varias químicas propuestas de fluidos oceánicos / hidrotermales que podrían haber impulsado reacciones hacia el origen de la vida en entornos de la Tierra primitiva, Marte temprano o incluso otros mundos como las lunas heladas de los planetas exteriores. Mostramos experimentos que incluyen el crecimiento de estructuras de jardines químicos en condiciones anóxicas que simulan la Tierra primitiva, la inclusión de componentes traza de fosfatos / orgánicos en la solución de inyección para incorporarlos a la estructura, un cambio de la solución de inyección para introducir un anión precipitante secundario y la medición de potenciales de membrana generados por jardines químicos. Usando este método, se formaron estructuras de jardines químicos autoensamblables que imitan las chimeneas naturales precipitadas en los manantiales hidrotermales submarinos, y estos precipitados se pueden usar con éxito como reactores de flujo continuo al alimentarse a través de múltiples inyecciones "hidrotermales" sucesivas.

Una vez que la solución de inyección comenzó a alimentar en la solución reservorio, un precipitado jardín química comenzó a formarse en la interfaz de fluido y esta estructura continuó creciendo en el transcurso de la inyección (Figuras 4-7). En los experimentos publicados aquí, la primera inyección fue de hidróxido de sodio (que puede ser modificado para incluir L-alanina y / o pirofosfato), y la solución de depósito fue una mezcla 1: 3 de Fe 3+ / Fe2 +, produciendo un mezclado -r...

Describimos la formación de jardines químicos a través de experimentos de inyección que permiten simulaciones de laboratorio de sistemas de jardines químicos naturales que se forman en los respiraderos hidrotermales submarinos.

Jardines químicos como flujo continuo Reactores simulación de sistemas hidrotermales Naturales

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment ...

El objetivo general del siguiente experimento consiste en simular chimeneas naturales precipitadas en respiraderos hidrotermales submarinos de la Tierra primitiva, utilizando experimentos de jardín químico para generar estructuras autoensamblables a pequeña escala. Esto se logra preparando primero dos soluciones: una que simula la composición del agua de mar de la Tierra primitiva y otra que simula un fluido hidrotermal alcalino producido por reacciones entre el agua y las rocas.A continuación, se monta un aparato para que el fluido de tipo hidrotermal pueda inyectarse en un depósito del océano simulado bajo una atmósfera anóxica. Como tercer paso, se colocan electrodos para medir el voltaje entre las soluciones hidrotermal y oceánica durante la inyección. Finalmente, se inyecta lentamente la solución de tipo hidrotermal en la base de un vial que contiene la solución del océano simulado, imitando la filtración natural del fluido de los respiraderos a través de la corteza oceánica y hacia el agua marina circundante.Los resultados muestran que un precipitado mineral se forma en la interfaz entre las soluciones oceánicas y las soluciones hidrotermales, y esto se desarrolla en una estructura de jardín químico autoensamblable que se asemeja a una chimenea hidrotermal submarina. Las chimeneas hidrotermales son como jardines químicos naturales. Se generaron, según creemos, en la Tierra hace aproximadamente 4.400 millones de años, y están compuestas principalmente de sulfuros de hierro e hidróxidos de hierro, con una pequeña cantidad de sílice.Y se comportan como una piel, ya que se generan donde las soluciones alcalinas emergen hacia el océano, que es algo ácido. Y en la interfaz entre ambos, precipitan estos minerales, que, como digo, se asemejan bastante a una piel. De hecho, podrían compararse con la vida tal como la conocemos hoy en día.Y esa es la vida tiende a tener un interior alcalino como nosotros, por ejemplo. Y tiende a preferir exteriores ácidos. Quiero decir, puedo decir con ligereza que nos gusta un champú con un pH de 5,5.Nos gustan las bebidas gaseosas ácidas, por ejemplo. Pero también nos gusta consumir bebidas alcalinas para mantenernos sanos, porque después de todo, nuestro interior es saludable, tal como jardines químicos naturales. Y lo que hemos observado en el laboratorio hoy es el hecho de que el interior de estos jardines químicos es alcalino.El exterior es ácido. Está algo oxidado, y tenemos, lo que ocurre es que estos jardines químicos imponen un gradiente químico a través de ambos, gradientes químicos de pH y redox, y suman aproximadamente medio voltio, que es aproximadamente la cantidad de energía electroquímica necesaria para impulsar la vida. Y consideramos que esto fue justo lo adecuado para impulsar el surgimiento de la vida en uno de estos jardines químicos en el fondo oceánico hace 4 mil millones de años.Este experimento nos permite simular diferentes condiciones planetarias como océanos, fluidos hidrotermales y atmósferas, pero también nos permite simular los efectos del cambio de parámetros experimentales específicos y el efecto que esto tendrá en el sistema. Originalmente, estábamos estudiando jardines químicos que crecían directamente a partir de cristales dentro de tubos de ensayo, pero no pudimos medir el potencial de membrana porque no logramos introducir un alambre directamente dentro de la membrana misma. Por lo tanto, para lograrlo, desarrollamos un nuevo método.Es un método de inyección en el que inyectamos un simulador hidrotermal en fluido oceánico dentro de un reservorio. Esto nos permitió utilizar un registrador automático de datos para medir el potencial de la membrana durante el crecimiento de la membrana. Aquellos que son nuevos en este método podrían tener dificultades para cultivar jardines químicos bien estructurados y para posicionar el virus en los dispositivos adecuados necesarios para la medición de voltaje.Sin embargo, mediante la resolución de problemas, pueden solucionar todos estos inconvenientes. Comience utilizando un cortavidrios para cortar la base de un frasco de suero transparente de vidrio con tapa de enroscar de 100 mililitros, que servirá como vial de inyección. También reúna un septum de 20 milímetros, un sello de enroscar de aluminio de 20 milímetros y una punta de pipeta de plástico de 0,5 a 10 microlitros.Utilizando una aguja de jeringa de calibre 16, perfore cuidadosamente un orificio en el centro del septo, luego retire y deseche la aguja en el contenedor adecuado para residuos punzantes. A continuación, inserte la punta de la pipeta en el orificio de la aguja y empuje la punta a través del septo hasta que asome por el otro lado. Selle mediante abrazadera el septo con la punta de la pipeta en el recipiente de inyección.Para crear un sello hermético, empuje la punta de la pipeta a través del septo de manera que sobresalga hacia el exterior. Luego, fije un tubo transparente, flexible y resistente a productos químicos de 1/16 de pulgada de diámetro interno a la punta de la pipeta. Deslice el tubo hacia arriba sobre la punta de la pipeta. Para crear un sello hermético, asegúrese de que el tubo sea lo suficientemente largo como para llegar desde el vial de inyección hasta la bomba de jeringa.A continuación, sujete los viales de inyección a un soporte dentro de una campana extractora de forma que la inyección entre desde la parte inferior del vial. Corte dos tramos de alambre aislado de longitud suficiente para que alcancen desde el interior de los recipientes de reacción hasta el registrador de datos. Deje un poco de holgura en los alambres para facilitar su colocación.A continuación, retire aproximadamente tres milímetros del aislamiento del extremo de cada cable que se ubicará dentro del vial de reacción en los otros extremos. Eso se conectará a las puntas del multímetro. Retire aproximadamente un centímetro del aislamiento del cable e inserte un cable, el que quedará dentro del jardín químico, cerca de la abertura de la punta de la pipeta para asegurar el contacto con la solución de inyección, pero no tanto como para obstruir el flujo de inyección.Luego, asegure ambos extremos de los cables en su lugar utilizando cinta. A continuación, coloque el cable exterior de modo que haga contacto con el depósito de solución, pero no con el precipitado del jardín químico. A continuación, conecte los extremos libres de los cables al registrador de datos para mantener el espacio de cabeza sobre el depósito de solución.Y el IC preparó líneas de gas nitrógeno. Divida la alimentación de gas desde un tanque fuente de nitrógeno en varios tubos de modo que haya una alimentación para cada vial de inyección. Prepare 200 mililitros de la solución reservorio, también conocida como simulador oceánico, para cada vial de reacción burbujeando primero agua desionizada con gas nitrógeno durante aproximadamente 15 minutos por cada 100 mililitros.Esto asegura que el experimento permanecerá anóxico durante toda la inyección. Luego pese y agregue 25 milimolares de cloruro de hierro(II) tetrahidratado y 75 milimolares de cloruro de hierro(III) hexahidratado al agua.Agite suavemente la mezcla para disolver los iones sin introducir oxígeno en ella. Una vez que los iones estén disueltos, reanude inmediatamente la burbujeo ligero de la solución con gas nitrógeno. Mientras se preparan las inyecciones, seleccione dos de las soluciones de inyección primarias de la tabla mostrada aquí y prepare 10 mililitros de cada solución.Luego, llene una jeringa de 10 mililitros hasta la marca de siete mililitros con cada una de las soluciones, coloque las tapas y déjelas aparte. A continuación, prepare 20 mililitros de sulfuro de sodio 50 milimolar en la campana extractora como inyección secundaria. Llene dos jeringas de 10 mililitros hasta la marca de siete mililitros con la solución, reemplace las tapas de las agujas y déjelas aparte.Sujete las jeringas de inyección primarias a una bomba de jeringa programable ubicada dentro de la campana extractora. Establezca la velocidad de inyección en un mililitro por minuto y encienda la bomba hasta que ambas jeringas comiencen a gotear dentro del vaso de desecho. Luego detenga la inyección.A continuación, inserte las jeringas que contienen agua desionizada en los dos tubos de inyección de plástico e inyecte hasta que el agua llene los tubos transparentes hasta la abertura donde entran en el depósito principal. Luego, coloque las jeringas en el soporte por encima de los viales de inyección. A continuación, vierta cuidadosamente 100 mililitros de la solución del depósito que contiene hierro en cada vial.Cree cuidadosamente un sello hermético sobre los viales utilizando perfil e inserte una alimentación de nitrógeno en cada vial. Ajuste el flujo de las líneas de gas de nitrógeno según sea necesario para mantener el experimento anóxico durante toda la duración de las inyecciones. A continuación, acerque las jeringas llenas de agua una a la vez junto a las jeringas de inyección primarias.Deslice cuidadosamente el tubo de inyección de plástico y transfiéralo inmediatamente directamente a una de las agujas de la jeringa de inyección primaria, teniendo cuidado de no perforar la pared del tubo. Luego, configure la bomba de jeringa para que funcione a dos mililitros por hora durante tres horas e inicie la inyección al mismo tiempo.Inicie la grabación del potencial de membrana. Detenga la bomba de jeringa después de tres horas. Una vez que se hayan formado las estructuras del jardín químico, retire cuidadosamente las jeringas de inyección primarias de la bomba de jeringa, pero déjelas conectadas al tubo para que las estructuras no se alteren.Colóquelos sobre el soporte por encima del nivel del líquido en los viales para que el fluido no fluya de regreso hacia la jeringa. A continuación, sujete las jeringas de inyección secundaria, que en este caso contienen sulfuro de sodio, a la bomba de jeringas y purgue la aguja hasta que ambas comiencen a gotear; deseche la solución de sulfuro en un recipiente especial para desechos peligrosos. Luego, retire las jeringas una por una de la bomba de jeringas y transfiera el tubo desde la jeringa de inyección primaria a la jeringa que contiene sulfuro de sodio.Reprogramar la bomba de jeringa para inyectar la solución a dos mililitros por hora y pulsar inicio para inyectar la solución de sulfuro de sodio a este ritmo durante tres horas. Una vez que la solución de inyección primaria se introduce en la solución del depósito, comienza a formarse un precipitado de jardín químico en la interfase de los fluidos, y esta estructura continúa creciendo durante la inyección. Bajo microscopía electrónica de barrido ambiental, los precipitados primarios formados en presencia de alanina aparecieron más redondeados y amororfos, mientras que los precipitados de oxihidróxido de hierro puro, así como aquellos que contenían pirofosfato, resultaron más cristalinos tras la inyección primaria. El potencial tendió a alcanzar un pico inmediatamente alrededor de 0,45 a 0,55 voltios, y luego disminuyó durante aproximadamente una hora antes de estabilizarse alrededor de 0,1 a 0,2 voltios durante el resto de la inyección primaria.Cuando las jeringas primarias se cambiaron a las jeringas secundarias que contenían sulfuro de sodio, el jardín químico continuó creciendo, excepto que los nuevos crecimientos visibles eran ahora sulfuro de hierro negro. En lugar de contribuir a las paredes existentes, las porciones de sulfuro negro del jardín químico parecían ramificarse y crecer por separado. Tan pronto como la solución de inyección de sulfuro alcanzó el jardín químico, el potencial de membrana aumentó inmediatamente a aproximadamente 0,9 voltios.Existen muchas combinaciones posibles de soluciones que se pueden utilizar para cultivar sus jardines químicos. También es posible cambiar la velocidad de inyección de una velocidad más rápida a una más lenta, y cambiar la inyección principal por una secundaria en cualquier momento durante el experimento, siempre que la estructura del jardín químico esté completamente formada. Las soluciones de sulfuro de sodio liberan gas de sulfuro de hidrógeno, que es extremadamente peligroso.Los contenedores abiertos de sulfuro de sodio y las soluciones que contienen sulfuro deben usarse dentro de una campana extractora y manipularse según las pautas de la hoja de datos de seguridad del material; tanto las soluciones usadas como las no usadas deben desecharse como residuos peligrosos. Las chimeneas hidrotermales que acabamos de ver creciendo en el laboratorio están hechas de minerales porosos, básicamente sulfuros de hierro e hidróxidos de hierro. Y creemos que actuarán como catalizadores en la vida primitiva, y son muy similares en estructura a los catalizadores y enzimas que incluso en nuestros días tenemos en nuestra propia piel.Este experimento puede utilizarse para simular diferentes ambientes geológicos, pero también es aplicable desde la ciencia de materiales, ya que existe un gran interés en aprender cómo controlar el crecimiento de estas estructuras autoensambladas mediante la manipulación de los parámetros del experimento, y también quizás para crear estructuras y materiales que podrían actuar como catalizadores para diferentes reacciones.

chemical-gardens-as-flow-through-reactors-simulating-natural

Research

Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

Dispositivos Millifluidic se utilizan para la síntesis controlada de nanomateriales, análisis de resolución temporal de los mecanismos de reacción y la catálisis de flujo continuo.

Millifluidics para la síntesis química y Estudios mecanicistas Tiempo de resolver

Se presenta un novedoso diseño de reactor, denominado biorreactor de alta densidad (HDBR), para el cultivo y estudio de comunidades microbianas de alta densidad. Aquí, el HDBR se aplica con éxito en una configuración de fotobiorreactor (PBR) para el estudio del metabolismo del nitrógeno por parte de una comunidad mixta de algas de alta densidad.

Un biorreactor Novela de alta densidad de cultivo de diversas comunidades microbianas

Química de flujo lleva ambiental y ventajas económicas mediante el aprovechamiento de mezcla superior, transferencia de calor y costos beneficios. Aquí, ofrecemos un plan para transferir procesos químicos de lote a modo de flujo. La reacción de diphenyldiazomethane (DDM) con p- nitrobenzoico ácido, realizado en lotes y flujo, fue elegido para la prueba de concepto.

Química en flujo continuo: Reacción de Diphenyldiazomethane con p- nitrobenzoico ácido

Un protocolo para la detección de la reacción orgánica usando stop-flow microtubo (SFMT) reactores que emplean reactivos gaseosos o mediado de luz visible se presenta reacciones.

Utilización de reactores de tubos de Micro flujo de parada para el desarrollo de transformaciones orgánicas

Este protocolo describe experimentos microbianos bajo presiones elevadas para estudiar procesos de biominado in situ. El enfoque experimental emplea un reactor de alta presión mecedora equipado con una célula de reacción de oro y titanio que contiene un cultivo microbiano en un medio ácido y rico en hierro.

Uso de células flexibles de reacción de oro y titanio para simular la actividad microbiana dependiente de la presión en el contexto de la bioextracción subsuperficial

El cultivo axiónico a escala de banco facilita la caracterización microalgal y la optimización de la productividad antes del posterior escalado del proceso. Los fotobiorreactores proporcionan el control necesario para experimentos microalgas fiables y reproducibles y se pueden adaptar para cultivar de forma segura microalgas con los gases corrosivos (CO2, SO2,NO2) de las emisiones de combustión municipal o industrial.

Cultivo de microalgas y cuantificación de biomasa en un fotobiorreactor a escala de banco con gases de combustión corrosivos

Se describe un protocolo para utilizar el dióxido de carbono en el gas de combustión de la planta de energía de gas natural para cultivar microalgas en estanques abiertos de canales. La inyección de gases de combustión se controla con un sensor de pH, y el crecimiento de las microalgas se monitorea con mediciones en tiempo real de la densidad óptica.

Acoplamiento de la captura de carbono de una planta de energía con estanques de canales abiertos semiautomatizados para el cultivo de microalgas

El objetivo de este protocolo es formar chimeneas hidrotermales simuladas a través de experimentos de inyección química en jardines e introducir un gradiente térmico a través de la membrana de precipitado inorgánico, utilizando un condensador imprimible en 3D que se puede reproducir con fines educativos.

Simulación de chimeneas hidrotermales de la Tierra Primitiva en un entorno de gradiente térmico

Se presenta un protocolo detallado de flujo continuo escalable para sintetizar un fluoruro de arilo a partir de una amina de arilo a través de la reacción de Balz-Schiemann.

Un protocolo de reacción Balz-Schiemann escalable en un reactor de flujo continuo

Este protocolo detalla el ensamblaje de matrices de mini-biorreactores que se utilizarán para el cultivo de flujo continuo de comunidades fecales complejas en condiciones anaeróbicas. También discutimos los métodos de ensamblaje, inoculación y muestreo de los reactores para su posterior análisis.

Conjunto de biorreactor para el cultivo continuo de comunidades fecales complejas

Los sistemas de tratamiento de humedales construidos se han utilizado durante décadas para tratar aguas residuales, pero su aplicación para tratar las aguas afectadas por el proceso de arenas bituminosas es relativamente nueva. Para explorar este potencial, se esboza un diseño de mesocosmos de flujo superficial y métodos experimentales. Este enfoque tiene como objetivo mejorar nuestra comprensión de los parámetros clave de diseño y mejorar la eficacia del tratamiento.

Diseño de humedales construidos a escala mesoscópica para el tratamiento de aguas residuales

Aprende a simular chimeneas hidrotermales submarinas mediante jardines químicos en flujo continuo. Este método computacional permite estudiar la formación de estructuras autoensambladas y sus implicaciones en los orígenes de la vida.

Jardines químicos como flujo continuo Reactores simulación de sistemas hidrotermales Naturales

Explorar más videos