Name: Jardins chimiques accréditives Réacteurs simulation des systèmes hydrothermaux naturels (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 55 s
Description: Découvrez la simulation de cheminées hydrothermales naturelles par injection de fluides alcalins dans un réservoir océanique anoxique. Cette méthode reproduit les jardins chimiques auto-assemblés pour étudier les origines de la vie sur Terre.

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Cette recherche a été réalisée au Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, dans le cadre d’un contrat avec la National Aeronautics and Space Administration. Nous reconnaissons le soutien de l’Institut d’astrobiologie de la NASA (Icy Worlds). L.M.B. est soutenu par la NAI par le biais du programme postdoctoral de la NASA, administré par les universités associées d’Oak Ridge dans le cadre d’un contrat avec la NASA. J.E.N. a été soutenu par un RP du ministère américain de l’Éducation / Award # : P031C110019 administré par le Citrus College. Nous reconnaissons les discussions utiles avec les membres du groupe de discussion sur la thermodynamique, le déséquilibre et l’évolution de la NAI et du Blue Marble Space Institute of Science.

1. Considérations de sécurité <ol><li> Utiliser un équipement de protection individuelle (blouse de laboratoire, des lunettes, des gants en nitrile, des chaussures appropriées) pour prévenir contre les déversements de produits chimiques ou des blessures. Utiliser des seringues et des aiguilles, et de prendre soin de ne pas percer les gants. Prenez soin lors de l&#39;installation de l&#39;expérience pour vérifier l&#39;appareil pour des fuites en effectuant la première injection à double distillée H 2 O (ddH 2 O), et de vérifier la stabilité des flacons de réaction sur le stand, avant d&#39;ajouter des produits chimiques. </li><li> Entreprendre cette expérience avec toute recette chimique de jardin, mais l&#39;un des réactifs que nous utilisons pour simuler les évents en haute mer est un produit chimique dangereux, le sulfure de sodium; donc faire l&#39;ensemble de l&#39;expérience à l&#39;intérieur d&#39;une hotte pour éviter l&#39;exposition. <ol><li> Seulement ouvrir la bouteille de sulfure de sodium dans la hotte et placez un équilibre à l&#39;intérieur de la hotte pour le pesage de sulfure. Toujours garder solutions contenant du sulfure intérieur de la hotte car elles libèrent toxiques gaz H 2 S, et aussi garder sulfide liquide, objets tranchants, et les conteneurs de déchets solides dans la hotte. Un autre réactif d&#39;intérêt est Fe (II) Cl 2 • 4H 2 O, qui oxyde lors de l&#39;exposition à l&#39;air, afin de prendre soin de garder solutions anoxique et à grandir jardins chimiques en vertu d&#39;un espace libre anoxique (par exemple, N 2 ou Ar), toujours à l&#39;intérieur une hotte ou boîte à gants. </li></ol></li></ol> 2. Configuration pour expériences d&#39;injection <ol><li> Créer verre &quot;flacons d&#39;injection&quot; en coupant le fond 1 cm d&#39;un 100 ml en verre clair sertie bouteille de sérum (20 mm joint serti de type de fermeture) avec un coupe-verre de sorte que, lorsqu&#39;il est renversé, le navire est à l&#39;air libre. Comme ceux-ci sont réutilisables, nettoyer les flacons dans un 1 M HCl bain d&#39;acide O / N, puis rincez bien avec ddH 2 O avant une nouvelle expérience. </li><li> Préparer les flacons d&#39;injection (Figure 1). <ol><li> Recueillir un septum de 20 mm, 20 mm en aluminium joint serti, et une pointe de pipette en plastique 0,5-10 ul. Utilisation d&#39;un G ne 16 de la seringueedle, percer soigneusement un trou à travers le centre de la cloison, puis retirez et jetez l&#39;aiguille dans le conteneur de déchets tranchants approprié. </li><li> Insérer la pointe de la pipette dans le trou de l&#39;aiguille, dans le côté de la membrane de caoutchouc qui fera face à l&#39;intérieur de la partie supérieure de sertissage du flacon. Poussez la pointe de la pipette à travers le septum de sorte qu&#39;il est expulsée hors de l&#39;autre côté. </li><li> Crimp-sceller le septum avec pointe de la pipette sur le navire d&#39;injection pour faire un joint étanche. Lorsque scellé, pousser la pointe de la pipette en outre à travers la cloison de sorte qu&#39;il saillie à l&#39;extérieur. </li><li> Apposer 1/16 tube résistant aux produits chimiques &quot;de diamètre intérieur clair flexible à la pointe de la pipette (longueur de tube devrait atteindre à partir du flacon d&#39;injection à la pompe seringue); glisser vers le haut pour un joint étanche à l&#39;eau. Remarque: Ce sera le tube d&#39;injection, alimenté à partir de l&#39;autre extrémité par une seringue avec aiguille 16 G. </li><li> Vérifier les fuites: Insérez une seringue de 10 ml remplie de ddH 2 O avec une aiguille G 16 dans l&#39;autre extrémité de la tubulure(glisser doucement le tube directement sur l&#39;aiguille et faire attention à ne pas percer la paroi du tube). Injecter lentement de sorte que la ddH 2 O déplace vers le haut dans le tube et le fond du récipient de réaction. Assurez-vous que la seringue /, tube / tuyau, et à sertir les joints sont étanches. </li></ol></li><li> Fixer les flacons d&#39;injection sur un support dans une hotte de laboratoire, de sorte que l&#39;injection se nourrir à partir du fond de la fiole. Remarque: les flacons multiples peuvent être mis en place à la fois et simultanément alimentés par des seringues distinctes. </li><li> Mettre en place des électrodes pour mesurer le potentiel de membrane à travers la paroi des jardins chimiques. Toujours utiliser la même convention pour laquelle le plomb est «l&#39;intérieur» et qui est «en dehors» des jardins chimiques. <ol><li> Couper des longueurs de fil isolé (par exemple, le cuivre) qui atteignent à l&#39;intérieur des cuves de réaction à la tête du multimètre ou un enregistreur de données. Laissez un peu de mou dans les câbles pour le positionnement. </li><li> Strip ~ 3 mm de lafil dénudé aux extrémités qui seront situés à l&#39;intérieur du flacon de réaction. À l&#39;autre extrémité qui seront connectés aux fils de multimètre, bande ~ 1 cm de fil. </li><li> Fixer les fils en place pour mesurer le potentiel de membrane à travers le jardin chimique. Pour le fil qui va aller à l&#39;intérieur du jardin chimique: l&#39;insérer dans l&#39;ouverture de la pointe de la pipette à partir de laquelle le fluide se nourrir dans le récipient. </li><li> Pousser le fil dans légèrement pour assurer un contact avec la solution d&#39;injection, mais pas si loin qu&#39;il obstruer le débit d&#39;injection. Pour le fil à l&#39;extérieur: place qu&#39;elle sorte qu&#39;il sera en contact avec le réservoir de solution, mais pas avec le précipité de jardin chimique. </li><li> Ruban ou autrement fixer les fils de sorte qu&#39;ils ne peuvent pas se déplacer à l&#39;intérieur du flacon d&#39;injection au cours de l&#39;expérience (Figure 2). </li><li> Attachez les autres extrémités des fils au multimètre, et fixer les fils de telle sorte que ces extrémités aussi ne bougent pas pendant toute l&#39;expérience. </li></ol></li><li> Mettre en place de N 2 </sub&gt; conduites de gaz qui va alimenter chacun l&#39;un des flacons d&#39;injection. <ol><li> Fractionner l&#39;alimentation en gaz provenant d&#39;une source de N 2 en plusieurs tubes, de sorte qu&#39;il y a une alimentation de N2 pour chaque flacon d&#39;injection. </li><li> Placer chaque tube de N 2 de façon à alimenter dans l&#39;espace libre de l&#39;un des flacons d&#39;injection. </li></ol></li></ol> 3. Préparation des solutions pour Chemical Garden croissance <ol><li> Préparer la solution de réservoir, à 100 ml pour chaque expérience. Remarque: Dans cet exemple, utiliser 75 mM Fe 2+ et Fe 3+ 25 mM comme les cations précipitants (tableau 1). <ol><li> Créer des solutions anoxiques d&#39;abord barboter le ddH 2 O avec N 2 gaz pour ~ 15 min par 100 ml. </li><li> Peser et ajouter le FeCl 2 • 4H 2 O et FeCl 3 • 6H 2 O, en remuant doucement pour dissoudre (pas vigoureusement afin de ne pas introduire de l&#39;oxygène). </li><li> Après réactifs sont dissous, RESUM immédiatemente lumière bouillonnement du Fe 2+ / Fe 3+ solution avec du gaz N 2 tandis que les injections sont préparés. </li></ol></li><li> Choisir deux des solutions d&#39;injection primaires indiqués dans le Tableau 1, et de préparer 10 ml de chaque. Remplir une seringue de 10 ml jusqu&#39;au repère avec 7 ml de chacune des solutions (une seringue pour chaque solution). Remettez les bouchons d&#39;aiguille et mettre de côté. </li><li> Préparer 20 ml de la solution d&#39;injection secondaire (de sulfure de sodium - Attention). Indiqués dans le Tableau 1 Remplir deux seringues de 10 ml à la marque 7 ml avec cette solution, remplacer les bouchons d&#39;aiguille et mettre de côté. Toujours garder des solutions et des seringues contenant des sulfures dans la hotte. </li><li> Remplissez le trou DDH 2 O seringues de l&#39;étape 2.2.5; ceux-ci seront utilisés pour rincer le tube d&#39;injection. </li></ol> 4. Démarrage de l&#39;injection primaire <ol><li> Utilisez enregistreur de données souhaitée pour mesures de potentiel de membrane; mesurer le potentiel de chaque expérience sur un separate canal et régler la vitesse de balayage de donner la quantité désirée de points de données (par exemple, pour une injection à 2 h, l&#39;enregistrement potentiel toutes les 30 secondes serait suffisant). </li><li> Fixer les seringues d&#39;injection primaire de la pompe à seringue programmable dans la hotte. </li><li> Utilisez un bécher de déchets pour attraper les gouttes et régler la pompe à seringue pour injecter à un rythme rapide jusqu&#39;à ce que les deux seringues commencent à couler dans le bécher. Puis, arrêtez l&#39;injection (afin d&#39;assurer que les deux seringues commencent à injecter exactement au même niveau). </li><li> Re-programme de la pompe seringue pour injecter à 2 ml par heure (calibrer pour le type de seringue utilisé), mais ne commencent pas frapper. </li><li> Insérez les ddH 2 O seringues dans les deux tubes d&#39;injection plastique, et injecter de telle sorte que l&#39;eau remplit le tuyau transparent jusqu&#39;à l&#39;ouverture où il pénètre dans le réservoir principal. Placer les seringues sur le support, au-dessus des flacons pour injection. </li><li> Versez 100 ml de la solution de réservoir de la Fe 2+ / Fe dans eaflacon ch. </li><li> Régler le débit de N 2 les conduites de gaz si besoin pour maintenir la anoxique d&#39;expérience pour la durée de l&#39;injection. </li><li> Couvrir délicatement les flacons de réservoir avec un joint étanche à l&#39;air (par exemple, en utilisant Parafilm; pas obstruer la vue à travers la vitre) et insérer un N 2 alimentation dans chaque flacon (Figure 3). </li><li> Apportez les DDH 2 O seringues (encore insérées dans le tube) à côté de seringues d&#39;injection primaires. Faites glisser délicatement le tube d&#39;injection plastique à l&#39;O aiguille ddH 2 de la seringue, et transférer immédiatement directement sur ​​l&#39;une des aiguilles de seringues d&#39;injection primaire. (Prenez soin de ne pas percer la paroi du tube.) </li><li> Commencez l&#39;injection, et commencer l&#39;enregistrement du potentiel de membrane. </li></ol> 5. Démarrage de l&#39;injection secondaire: <ol><li> Hit arrêt de la pompe de seringue après 3 h (après 6 ml ont été injectés), les structures de jardin une fois chimiques ont formé (Figure 4), en générant continuellement un potentiel de membrane (figure 5). </li><li> Retirez délicatement les primaires seringues d&#39;injection de la pompe de la seringue (mais laissez-les connectés à la tubulure de sorte que les structures ne sont pas perturbés); les mettre sur le support au-dessus du niveau du liquide dans les flacons de sorte que le fluide ne peut pas refluer dans la seringue. </li><li> Fixez les seringues secondaires de sulfure d&#39;injection à la pompe seringue, et répétez les étapes 4.3 et 4.4. </li><li> Retirer les seringues secondaires un à la fois à partir de la pompe à seringue, et, tout en maintenant les seringues au-dessus du niveau du liquide dans les flacons, répéter l&#39;étape 4.9, en transférant le tube de la seringue primaires pour les seringues secondaire (figure 6). Être vigilant ce que la pression du fluide du réservoir dans la seringue ne provoque pas de fluide de refluer dans la seringue, car cela pourrait réduire le jardin chimique. </li><li> Lorsque le transfert est terminé, fixez soigneusement les seringues secondaires THe pompe à seringue. </li><li> Re-programme de la pompe seringue pour injecter à 2 ml par heure, et cliquez sur Start pour continuer l&#39;injection avec la nouvelle solution d&#39;injection. </li><li> Éliminer de façon sûre les seringues d&#39;injection primaires. </li></ol> 6. Mettre fin à l&#39;expérience <ol><li> Premier arrêt de la pompe seringue, puis arrêter l&#39;enregistrement du potentiel de membrane et sauvegarder les données. </li><li> Éteignez le flux de N 2 et de supprimer les lignes et le Parafilm des dispositifs d&#39;injection. </li><li> Si l&#39;on désire échantillonner la solution de réservoir ou précipiter pour une analyse ultérieure. Retirez délicatement la solution de réservoir et ne pas perturber le précipité, utiliser une pipette de 25 ml au pipetage soigneux au large de la solution de réservoir dans plusieurs aliquotes, et jeter la solution dans un bécher de déchets. </li><li> Desserrer les navires d&#39;injection une à la fois et versez la solution dans un bécher de transfert des déchets dans la hotte. Utilisez ddH 2 O pour rincer morceaux de précipité. </li><li> Retirez les seringues from de la pompe seringue, et les extraire du tube, laissant supplémentaire fluide d&#39;injection de ruissellement dans le bécher de transfert des déchets. Vider les seringues dans le bécher des déchets, et de disposer des seringues dans un récipient sulfure d&#39;objets tranchants gardé dans la hotte. </li><li> Retirer le tube du flacon de l&#39;expérience et de la jeter dans un sac de déchets solides. Uncrimp le sceau et de disposer de la cloison, étanchéité, et la pointe de la pipette. </li><li> Rincer le verre expérience flacon et le faire tremper dans un 1 M HCl bain d&#39;acide O / N. (ATTENTION - verrerie qui a été en contact avec du sulfure de sodium va libérer toxiques gaz H 2 S lorsqu&#39;il est placé dans de l&#39;acide Gardez bains d&#39;acide à l&#39;intérieur de la hotte..) </li></ol>

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Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

La formation d&#39;une structure chimique de jardin par procédé d&#39;injection peut être réalisée par l&#39;interface des deux solutions contenant des ions réactifs qui produisent un précipité. Il existe de nombreux systèmes de réaction possibles qui produiront des structures de précipité et de trouver la bonne recette et les concentrations d&#39;ions réactifs pour faire croître une structure désirée est une question d&#39;essais et d&#39;erreurs. Le débit de la solution d&#39;injection de flux est contrôlé par une pom...

«Jardins chimiques&quot; sont précipités inorganiques auto-assemblage développés où les deux fluides de chimies contrastées interagissent 1,2. Ces structures inorganiques auto-assemblage ont fait l&#39;objet d&#39;un intérêt scientifique depuis plus d&#39;un siècle, en partie en raison de leur apparence biomimétique, et de nombreuses études expérimentales et théoriques ont été menées pour comprendre les divers aspects complexes et les fonctions possibles des systèmes de jardin chimiques 3. Exemples des jardins naturels et chimiques comprennent minérales &quot;cheminée&quot; précipités qui poussent autour de sources hydrothermales et des suintements, et il a été soutenu que ceux-ci pourraient fournir des environnements plausibles pour la vie d&#39;émerger 4. Pour pousser un jardin chimique simulant un évent cheminée hydrothermale naturel, une solution de réservoir devrait représenter une composition de l&#39;océan simulé et une solution d&#39;injection devrait représenter le fluide hydrothermal qui se jette dans l&#39;océan. La polyvalence de ce type of expérience pour les systèmes de réaction différentes permet à la simulation de presque toute la chimie de l&#39;océan fluide / hydrothermale proposé, y compris les environnements sur la Terre primitive ou sur d&#39;autres mondes. Sur la Terre primitive, les océans auraient été anoxique, acide (pH 5-6), et aurait contenu dissous CO 2 atmosphérique et Fe 2+, ainsi que Fe III, Ni 2+, Mn 2+, NO 3- et NO 2. Les réactions chimiques entre l&#39;eau de mer et ce la croûte océanique ultramafique auraient produit un fluide hydrothermique alcaline contenant de l&#39;hydrogène et du méthane, et dans certains cas, le sulfure de (HS -) 8.4. Les cheminées formé au début de la Terre environnements alcaline de ventilation auraient donc pu contenue oxyhydroxydes ferriques / ferreux et des sulfures de fer / nickel, et il a été proposé que ces minéraux auraient pu servir certaines fonctions catalytiques et proto-enzymatique vers exploiter géochimiques redox / gradients de pH de conduire l&#39;émergence de Metabolism 5. De même, sur d&#39;autres mondes comme celle peuvent accueillir (ou peut-être hébergées) / interfaces rocheuses d&#39;eau - tels que début Mars, la lune de Jupiter Europa ou la lune de Saturne Enceladus - il est possible que la chimie de l&#39;eau / rock pourrait générer des environnements alcalins de ventilation capable de conduite chimie prébiotique ou même fournir des niches habitables de la vie existant 5,9-11. L&#39;expérience de jardin chimique classique implique un germe cristallin d&#39;un sel de métal, par exemple de tétrahydrate de chlorure ferreux FeCl 2 • 4H 2 O, immergé dans une solution contenant des anions réactifs, par exemple des silicates de sodium ou de &quot;verre soluble&quot;. Les dissout de sels métalliques, en créant une solution acide contenant Fe 2+ qui assure l&#39;interface avec la solution plus alcaline (contenant des anions silicates et OH -) et une membrane inorganique précipité est formé. Les houles de membrane sous pression osmotique, des éclats, puis re-précipite unet la nouvelle interface fluide. Ce processus se répète jusqu&#39;à ce que les cristaux sont dissous, résultant en une orientation verticale, la structure de précipité auto-organisée avec la morphologie complexe aux échelles macro et micro. Ce processus de précipitation des résultats dans la séparation continue de solutions chimiquement contrastés à travers la membrane de jardin chimique inorganique, et la différence des espèces chargées à travers la membrane produit une membrane de 12 à 14 potentiel. Les structures de jardin chimique sont complexes, présentant des gradients de composition de l&#39;intérieur vers l&#39;extérieur 13,15-19, et les murs de la structure de maintenir la séparation entre les solutions contrastées pendant de longues périodes tout en restant quelque peu perméable aux ions. En plus d&#39;être une expérience idéale à des fins éducatives (comme ils sont simples à réaliser pour des démonstrations en salle de classe, et peuvent éduquer les élèves sur les réactions chimiques et auto-organisation), les jardins chimiques ont une signification scientifique comme des représentations de l&#39;auto-assembLy dans les systèmes dynamiques, loin-de-équilibre, impliquant des méthodes qui peuvent conduire à la production de matériaux intéressants et utiles 20,21. Jardins chimiques dans le laboratoire peuvent aussi être cultivées par des méthodes d&#39;injection, dans lequel la solution contenant un ion précipitant est lentement injecté dans la seconde solution contenant l&#39;ion de coprécipitation (ou ions). Cela se traduit par la formation de structures chimiques de jardin semblables à celles des expériences de croissance cristalline, à l&#39;exception que les propriétés du système et le précipité peuvent être mieux contrôlées. Le procédé d&#39;injection présente plusieurs avantages significatifs. Elle permet de former un jardin chimique en utilisant une combinaison quelconque des espèces de précipitation ou intégrés, à savoir, des ions précipitants multiples peuvent être incorporés dans une solution, et / ou d&#39;autres composants non-précipitation peut être inclus dans une ou l&#39;autre solution pour adsorber et / ou réagissent avec le précipité . Le potentiel de la membrane produite dans un produit chimiqueSystème de jardin peut être mesurée dans un essai d&#39;injection si une électrode est incorporée à l&#39;intérieur de la structure, permettant ainsi l&#39;étude du système électrochimique. Des expériences d&#39;injection offrent la possibilité d&#39;alimenter la solution d&#39;injection à l&#39;intérieur du jardin d&#39;chimique pour des délais contrôlées en faisant varier la vitesse d&#39;injection ou le volume total injecté; il est donc possible d&#39;alimenter grâce à des solutions différentes séquentiellement et utiliser la structure précipité comme un piège ou un réacteur. Ensemble, ces techniques permettent des simulations en laboratoire des processus complexes qui ont pu se produire dans un système de jardin chimique naturel à un évent sous-marin hydrothermale, y compris une cheminée formée à partir de nombreuses réactions de précipitation simultanée entre l&#39;océan et les conduits de fluide (par exemple, la production de sulfures métalliques, des hydroxydes et / ou des carbonates et des silicates) 5,22. Ces techniques peuvent également être appliquées à n&#39;importe quel système de réaction chimique de jardin pour permettre la formation de nouveaux typesdes matériaux, par exemple, des tubes ou des tubes en couches avec des espèces réactives adsorbées 20,23. Nous détaillons ici un exemple de l&#39;expérience de ce que comprend la croissance simultanée de deux jardins chimiques, contenant Fe 2+ structures dans un environnement anoxique. Dans cette expérience, nous avons incorporé des traces de polyphosphates et / ou des acides aminés dans la solution d&#39;injection initiale d&#39;observer leur effet sur la structure. Après la formation initiale du jardin chimique puis nous sommes passés de la solution injectable de sulfure d&#39;introduire comme un anion précipitant secondaire. Les mesures des potentiels de membrane ont été faites automatiquement tout au long de l&#39;expérience. Ce protocole décrit comment exécuter deux expériences à la fois en utilisant une pompe à double seringue; Les données présentées tenus plusieurs exécutions de cette procédure. Les débits relativement élevés, une faible pH des concentrations de réservoir et réactifs utilisés dans les expériences sont conçues pour former des précipités grande cheminée sur sc tempsAles appropriés pour des expériences de laboratoire d&#39;une journée. Toutefois, les taux d&#39;écoulement du fluide à sources hydrothermales naturelles peuvent être beaucoup plus diffus et les concentrations de réactifs de précipitation (par exemple, Fe et S dans un système de la Terre au début) pourrait être un ordre de grandeur inférieur 4; Ainsi, précipités structurés seraient forment sur ​​de longues échelles de temps et de l&#39;évent pourraient être actif pour des dizaines de milliers d&#39;années 24,25.

<table><tbody><tr><td>Pousse-seringue</td><td>Fisher</td><td>14-831-3</td><td>Double ou plusieurs canaux, selon le nombre souhaité d’expériences simultanées</td></tr><tr><td>Chlorure ferreux tétrahydraté</td><td>Fisher</td><td>I90500</td><td>Chlorure ferreux tétrahydraté (cristallin/certifié)</td></tr><tr><td>Chlorure ferrique hexahydraté</td><td>Fisher</td><td>I88-100</td><td>Ferric&nbsp ; Chlorure&nbsp ; Hexahydrate&nbsp ; (Morceaux/Certifié ACS)</td></tr><tr><td>Hydroxyde de sodium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>qualité réactif, &ge ; 98 %, granulés (anhydres)</td></tr><tr><td>Sulfure de sodium non hydraté</td><td></td><td>Fisher S425212</td><td>Sulfure de sodium nonahydraté (cristallin/certifié ACS). Magasin à -20&nbsp ; &#176 ;C. Ouvrir uniquement dans une boîte à gants ou une hotte. Libère des gaz toxiques H2S ; Toutes les solutions contenant du sulfure doivent être conservées dans une boîte à gants ou une hotte.</td></tr><tr><td>Pyrophosphate</td><td>de potassium 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>Seringues (10&nbsp ; cc)</td><td>Fisher</td><td>14-823-16E</td><td>BD&commerce ; Seringue avec embouts Luer-Lok (sans aiguille)</td></tr><tr><td>Aiguilles de seringue (16&nbsp ; jauge)</td><td>Fisher</td><td>14-826-18B</td><td>BD&commerce ; Aiguilles hypodermiques à usage général et PrecisionGlide, 16 G x 1,5 po. (38 ans ; mm)</td></tr> <tr><td>Tube</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-06407-71</td><td>Tube de laboratoire Tygon, sans DEHP, 1/16 « ID x 1/8</td></tr> » <tr><td>OD Joints</td><td>en aluminium Fisher</td><td>0337523C</td><td>Thermo Scientific&commerce ; National et commerce ; Espace de tête 20 mm Joints à sertir</td></tr><tr><td>Gris butyle bouchons</td><td>Fisher</td><td>0337522AA</td><td>Thermo Scientific&trade ; National et commerce ; 20&nbsp ; mm Septa pour flacons Headspace Flacons de</td></tr><tr><td>sérum</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>33110-U</td><td>Flacons, bouchon à sertir, flacon de sérum, taille 100 ml, verre transparent, diamètre extérieur & temps ; H 51,7 mm & temps ; 94,5 millimètres. Pour ces expériences, le fond de la bouteille de sérum doit être coupé.</td></tr><tr><td>Pointes de pipette</td><td>VWR</td><td>53511-682</td><td>pointes de pipette 0.5-10 &#956 ; l</td></tr><tr><td>Wire</td><td>McMaster-Carr</td><td>8073K661</td><td>Fil monoconducteur solide, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC</td></tr></tbody></table>

jardins chimiques accréditives réacteurs simulation des systèmes hydrothermaux naturels

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

Ici, nous rapportons des simulations expérimentales de croissance de cheminées hydrothermales à l’aide de méthodes de jardin chimiques par injection. La polyvalence de ce type d’expérience permet de tester diverses chimies de fluides océaniques / hydrothermaux qui auraient pu entraîner des réactions vers l’origine de la vie dans les environnements de la Terre primitive, de Mars ou même d’autres mondes tels que les lunes glacées des planètes extérieures. Nous montrons des expériences qui incluent la croissance de structures de jardins chimiques dans des conditions anoxiques simulant la Terre primitive, l’inclusion de composants traces de phosphates / organiques dans la solution d’injection pour les incorporer dans la structure, un changement de la solution d’injection pour introduire un anion précipitant secondaire, et la mesure des potentiels membranaires générés par les jardins chimiques. En utilisant cette méthode, des structures de jardin chimiques auto-assemblées ont été formées qui imitent les cheminées naturelles précipitées aux sources hydrothermales sous-marines, et ces précipités peuvent être utilisés avec succès comme réacteurs à écoulement continu en alimentant par de multiples injections « hydrothermales » successives.

Une fois que la solution d&#39;injection a commencé à alimenter le réservoir de solution, un précipité de jardin chimique commence à se former à l&#39;interface fluide et cette structure a continué de croître au cours de l&#39;injection (figures 4-7). Dans les expériences rapportées ici, la première injection est l&#39;hydroxyde de sodium (qui peut être modifié pour inclure la L-alanine et / ou de pyrophosphate), et la solution de réservoir était un mélange 1: 3 de Fe 3+ / Fe 2+, ce qui donne...

Nous décrivons la formation de jardins chimiques par des expériences d’injection qui permettent de simuler en laboratoire des systèmes de jardins chimiques naturels qui se forment dans des cheminées hydrothermales sous-marines.

Jardins chimiques accréditives Réacteurs simulation des systèmes hydrothermaux naturels

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

L'objectif général de l'expérience suivante est de simuler des cheminées naturelles précipitées au niveau des sources hydrothermales sous-marines de la Terre primitive, en utilisant des expériences de jardin chimique afin de produire à petite échelle des structures auto-assemblées. Ceci est réalisé en préparant tout d'abord deux solutions. Une solution simule la composition de l'eau de mer de la Terre primitive, et l'autre solution simule un fluide hydrothermal alcalin produit par des réactions entre l'eau et les roches.Ensuite, un appareil est mis en place afin qu'un fluide de type hydrothermal puisse être injecté dans un réservoir contenant l'océan simulé sous une atmosphère anoxique. Dans une troisième étape, des électrodes sont installées pour mesurer la tension entre les solutions hydrothermale et océanique durant l'injection. Enfin, la solution de type hydrothermal est lentement injectée à la base d'un flacon contenant la solution océanique simulée, imitant ainsi la suintance naturelle du fluide de source hydrothermale hors de la croûte océanique et dans l'eau de mer environnante.Les résultats montrent qu'un précipité minéral se forme à l'interface entre l'océan et les solutions hydrothermales, et qu'il évolue vers une structure auto-assemblée de jardin chimique, semblable à une cheminée hydrothermale sous-marine. Les cheminées hydrothermales sont tout à fait comparables à des jardins chimiques naturels. Elles se seraient formées, selon nous, sur Terre il y a environ 4,4 milliards d'années, et sont constituées principalement de sulfures de fer et d'hydroxydes de fer, avec une petite quantité de silice.Et elles se comportent comme une peau : elles se forment là où des solutions alcalines remontent dans l'océan, qui est quelque peu acide. Et à l'interface entre les deux, elles précipitent ces minéraux, comme je le dis, en apparence semblables à une peau. En réalité, on pourrait les comparer à la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui.Et la vie a tendance à posséder un intérieur alcalin, comme c'est le cas pour nous, par exemple. Et elle a généralement une préférence pour des extérieurs acides. Je pourrais dire, peut-être de façon désinvolte, que nous apprécions un shampooing ayant un pH de 5,5.Nous apprécions les boissons gazeuses acides, par exemple. Mais nous aimons aussi consommer des boissons alcalines pour rester en bonne santé, car après tout, notre organisme est sain, tout comme les jardins chimiques naturels. Et ce que nous avons observé aujourd'hui en laboratoire, c'est le fait que l'intérieur de ces jardins chimiques est alcalin.L'extérieur est acide. Il est partiellement oxydé, et ce qui se produit, c'est que ces jardins chimiques établissent un gradient chimique entre les deux, des gradients chimiques de pH et de potentiel redox, qui s'élèvent ensemble à environ un demi-volt, soit à peu près la quantité d'énergie électrochimique nécessaire pour faire émerger la vie. Nous pensons que cela constituait précisément les conditions idéales pour faire surgir la vie, il y a 4 milliards d'années, dans l'un de ces jardins chimiques au fond des océans.Cette expérience nous permet de simuler différentes conditions planétaires telles que les océans, les fluides hydrothermaux, les atmosphères, mais aussi de simuler les effets de la modification de paramètres expérimentaux spécifiques et de l'impact qu'ils auront sur le système. Initialement, nous étudiions des jardins chimiques qui se développaient directement à partir de cristaux à l'intérieur de tubes à essai, mais nous n'étions pas en mesure de mesurer le potentiel membranaire car nous ne pouvions pas insérer un fil directement dans la membrane elle-même. Pour ce faire, nous avons donc mis au point une nouvelle méthode.Il s'agit d'une méthode d'injection où nous avons injecté un simulacre hydrothermal dans un fluide océanique présent dans un réservoir. Cela nous a permis d'utiliser un enregistreur automatique de données pour mesurer le potentiel membranaire au cours de la croissance de la membrane. Les personnes novices dans cette méthode peuvent éprouver des difficultés à faire croître des jardins chimiques bien structurés et à positionner correctement le virus dans les dispositifs adaptés aux mesures de tension.Toutefois, en procédant à un dépannage méthodique, ils peuvent résoudre tous ces problèmes. Commencez par utiliser un coupe-verre pour découper le fond d’un flacon sérique en verre transparent de 100 millilitres à bordage pour utilisation en tant que flacon d’injection. Rassemblez également un septum de 20 millimètres, un scellé d’emboîtage en aluminium de 20 millimètres et une pointe de pipette en plastique de 0,5 à 10 microlitres.À l’aide d’une aiguille de seringue de calibre 16, percer soigneusement un trou au centre du septum, puis retirer et jeter l’aiguille dans le conteneur approprié pour les déchets tranchants. Ensuite, insérer la pointe de pipette dans le trou laissé par l’aiguille et pousser la pointe à travers le septum afin qu’elle dépasse de l’autre côté. Sceller par sertissage le septum avec la pointe de pipette sur le récipient d’injection.Pour obtenir un joint étanche, faites pénétrer davantage la pointe de pipette à travers le septum afin qu'elle dépasse à l'extérieur. Ensuite, fixez un tube transparent, souple et résistant aux produits chimiques, d'un diamètre intérieur de 1/16 de pouce, sur la pointe de pipette. Faites glisser le tube sur la pointe de pipette. Pour créer un joint étanche, assurez-vous que le tube est suffisamment long pour aller du flacon d'injection à la pompe à seringue.Ensuite, fixez les flacons d'injection sur un support à l'intérieur d'une hotte aspirante de manière à ce que l'injection s'effectue par le bas du flacon. Coupez deux morceaux de fils isolés de manière qu'ils soient suffisamment longs pour relier l'intérieur des récipients réactionnels au dispositif d'enregistrement des données. Laissez un peu de mou dans les fils pour faciliter leur positionnement.Ensuite, dénudez environ trois millimètres d'isolant à l'extrémité de chaque fil qui sera placée à l'intérieur du flacon de réaction aux autres extrémités. Celles-ci seront connectées aux sondes du multimètre. Dénudez environ un centimètre du fil, insérez un fil à l'intérieur du jardin chimique près de l'ouverture de la pointe de pipette afin d'assurer le contact avec la solution d'injection, mais pas trop profondément afin de ne pas obstruer le flux d'injection.Ensuite, fixez les deux extrémités des fils en place à l’aide de ruban adhésif. Placez ensuite le fil extérieur de manière qu’il entre en contact avec le réservoir de solution, mais pas avec le précipité du jardin chimique. Ensuite, reliez les extrémités libres des fils au enregistreur de données pour maintenir l’espace libre au-dessus du réservoir de solution.Et mettez en place des conduites de gaz azote. Divisez l'alimentation en gaz provenant d'un réservoir d'azote en plusieurs tubes afin d'obtenir une alimentation distincte pour chaque vial d'injection. Préparez 200 millilitres de solution réservoir, également appelée simulant océanique, pour chaque vial de réaction en faisant barboter de l'eau déionisée avec du gaz azote pendant environ 15 minutes par 100 millilitres.Cela garantit que l'expérience restera anoxique tout au long de l'injection. Pesez ensuite et ajoutez 25 millimolaires de chlorure de fer(II) tétrahydraté et 75 millimolaires de chlorure de fer(III) hexahydraté dans l'eau.Agiter doucement le mélange pour dissoudre les ions sans introduire d'oxygène dans le mélange. Une fois les ions dissous, reprendre immédiatement une légère bulle d'azote dans la solution à l'aide de gaz azote. Pendant la préparation des injections, choisir deux quelconques des solutions d'injection primaires indiquées dans le tableau ci-dessous et préparer 10 millilitres de chacune de ces solutions.Ensuite, remplir une seringue de 10 millilitres jusqu'au repère de sept millilitres avec chacune des solutions, les boucher et les mettre de côté. Préparer ensuite 20 millilitres de sulfure de sodium 50 millimolaire sous la hotte aspirante comme injection secondaire. Remplir deux seringues de 10 millilitres jusqu'au repère de sept millilitres avec la solution, remplacer les embouts de protection des aiguilles et les mettre de côté.Fixez les seringues d'injection principales sur une pompe à seringue programmable située à l'intérieur de la hotte. Réglez le débit d'injection à un millilitre par minute et mettez en marche la pompe jusqu'à ce que les deux seringues commencent à goutter dans le bécher de déchets. Arrêtez ensuite l'injection.Ensuite, insérez les seringues contenant de l'eau déionisée dans les deux tubes d'injection en plastique et injectez de manière à ce que l'eau remplisse les tubulures transparentes jusqu'à l'ouverture par laquelle elles pénètrent dans le réservoir principal. Placez ensuite les seringues sur le support au-dessus des flacons d'injection. Versez ensuite soigneusement 100 millilitres de la solution réservoir contenant du fer dans chaque flacon.Créez soigneusement un joint étanche sur les vials à l’aide de perfil et insérez une alimentation en azote dans chaque vial. Ajustez le débit des lignes de gaz azote selon les besoins afin de maintenir l’expérience en conditions anoxiques pendant toute la durée des injections. Ensuite, approchez les seringues remplies d’eau une par une près des seringues d’injection principales.Faites glisser délicatement le tube d'injection en plastique et transférez-le immédiatement directement sur l'une des aiguilles de seringue d'injection primaire, en prenant soin de ne pas percer la paroi du tube. Réglez ensuite la pompe à seringue pour qu'elle fonctionne à deux millilitres par heure pendant trois heures et démarrez l'injection au même moment.Démarrez l'enregistrement du potentiel membranaire. Arrêtez la pompe à seringue après trois heures. Une fois que les structures du jardin chimique se sont formées, retirez soigneusement les seringues d'injection primaires de la pompe à seringue, mais laissez-les connectées au tube afin que les structures ne soient pas perturbées.Placez-les sur le support au-dessus du niveau du liquide dans les vials afin que le liquide ne reflue pas dans la seringue. Ensuite, fixez les seringues d'injection secondaires, qui contiennent dans ce cas du sulfure de sodium, sur la pompe à seringue et purgez l'aiguille jusqu'à ce que les deux commencent à goutter ; éliminez la solution de sulfure dans un contenant spécial pour déchets dangereux. Puis, retirez les seringues une par une de la pompe à seringue et transférez le tube de la seringue d'injection primaire vers la seringue contenant le sulfure de sodium.Reprogrammez la pompe à seringue pour injecter la solution à deux millilitres par heure et appuyez sur démarrer afin d'injecter la solution de sulfure de sodium à ce débit pendant trois heures. Une fois que la solution d'injection primaire est introduite dans la solution du réservoir, un précipité de jardin chimique commence à se former à l'interface des fluides, et cette structure continue de croître pendant l'injection. En microscopie électronique à balayage environnementale, les précipités primaires formés en présence d'alanine apparaissaient plus arrondis et amorphes, tandis que les précipités d'oxyhydroxyde de fer pur ainsi que ceux contenant du pyrophosphate semblaient plus cristallins après l'injection primaire. Le potentiel a tendance à atteindre un pic immédiatement autour de 0,45 à 0,55 volts, puis diminue pendant environ une heure avant de se stabiliser autour de 0,1 à 0,2 volts pour le reste de l'injection primaire.Lorsque les seringues primaires ont été remplacées par les seringues secondaires contenant du sulfure de sodium, le jardin chimique a continué de croître, à la différence que les nouvelles formations visibles étaient désormais du sulfure de fer noir. Plutôt que de s'ajouter aux parois existantes, les parties de sulfure noir du jardin chimique semblaient se ramifier et croître séparément. Dès que la solution de sulfure a atteint le jardin chimique, le potentiel membranaire a immédiatement augmenté à environ 0,9 volt.Il existe de nombreuses combinaisons possibles de solutions que vous pouvez utiliser pour faire pousser vos jardins chimiques. Il est également possible de modifier le débit d'injection, en passant d'un débit plus rapide à un débit plus lent, et de remplacer l'injection primaire par une injection secondaire à tout moment pendant l'expérience, à condition que la structure de votre jardin chimique soit entièrement formée. Les solutions de sulfure de sodium dégagent du gaz sulfure d'hydrogène, extrêmement dangereux.Les conteneaux ouverts de sulfure de sodium et les solutions contenant du sulfure doivent être utilisés à l'intérieur d'une hotte de sécurité et manipulés conformément aux directives de la fiche de données de sécurité du produit ; les solutions usagées comme neuves doivent être éliminées comme déchets dangereux. Les cheminées hydrothermales que nous venons d'observer en cours de croissance en laboratoire sont constituées de minéraux poreux, principalement des sulfures de fer et des hydroxydes de fer. Et nous pensons qu'elles ont pu agir comme catalyseurs dans l'apparition de la vie primitive, et qu'elles présentent une structure très similaire à celle des catalyseurs et des enzymes que nous possédons encore aujourd'hui, même dans notre propre peau.Cette expérience peut être utilisée pour simuler différents environnements géologiques, mais elle est également applicable en science des matériaux, car il existe un grand intérêt pour apprendre à contrôler la croissance de ces structures auto-assemblées en manipulant les paramètres de l'expérience, et peut-être aussi pour créer des structures et des matériaux pouvant agir comme catalyseurs pour différentes réactions.

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Dispositifs millifluidique sont utilisés pour la synthèse contrôlée des nanomatériaux, l'analyse en temps résolu de mécanismes de réaction et la catalyse en flux continu.

Millifluidics de synthèse chimique et résolue en temps des études mécanistes

Une nouvelle conception de réacteur, baptisée bioréacteur à haute densité (HDBR), est présentée pour la culture et l’étude des communautés microbiennes à haute densité. Ici, le HDBR est appliqué avec succès dans une configuration de photobioréacteur (PBR) pour l’étude du métabolisme de l’azote par une communauté d’algues mixtes à haute densité.

Un bioréacteur pour Novel Haute Culture de la densité des communautés microbiennes diverses

Flux de chimie porte environnementale et des avantages économiques en s’appuyant sur un mélange supérieur, transfert de chaleur et coûts-avantages. Dans les présentes, nous fournissons un plan pour transférer les procédés chimiques de lot à un mode de débit. La réaction du diphenyldiazomethane (DDM) avec l’acide p- nitrobenzoïque, dispensée au lot et la circulation, a été choisi pour la preuve de concept.

Débit continu de chimie : La réaction de Diphenyldiazomethane avec de l’acide p- nitrobenzoïque

Un protocole pour le dépistage de la réaction de chimie organique à l’aide de coule-stop micro-tube (SFMT) réacteurs employant des gaz réactifs et/ou de la lumière visible par l’intermédiaire des réactions est présenté.

Utilisation des réacteurs micro-tube coule-Stop pour le développement des Transformations organiques

Ce protocole décrit les expériences microbiennes sous des pressions élevées pour étudier les processus de biomines in situ. L'approche expérimentale utilise un réacteur à haute pression à bascule équipé d'une cellule de réaction or-titanium contenant une culture microbienne dans un milieu acide et riche en fer.

Utilisation de cellules de réaction flexibles Gold-Titanium pour simuler une activité microbienne dépendante de la pression dans le contexte du sous-marin

La culture halenique à l'échelle du banc facilite la caractérisation microalgale et l'optimisation de la productivité avant l'intensification des processus ultérieurs. Les photobioréacteurs fournissent le contrôle nécessaire pour des expériences microalgal fiables et reproductibles et peuvent être adaptés pour cultiver en toute sécurité des microalgues avec les gaz corrosifs (CO2, SO2, NO2) à partir d'émissions de combustion municipales ou industrielles.

Culture de microalgues et quantification de la biomasse dans un photobioréacteur à l'échelle du banc avec des gaz de flue corrosif

Un protocole est décrit pour utiliser le dioxyde de carbone dans les gaz de combustion des centrales électriques au gaz naturel pour cultiver des microalgues dans des étangs ouverts. L’injection de gaz de combustion est contrôlée à l’aide d’un capteur de pH et la croissance des microalgues est surveillée avec des mesures en temps réel de la densité optique.

Couplage de la capture du carbone d’une centrale électrique avec des étangs ouverts semi-automatisés pour la culture de microalgues

L’objectif de ce protocole est de former des cheminées hydrothermales simulées via des expériences d’injection de jardin chimique et d’introduire un gradient thermique à travers la membrane de précipité inorganique, à l’aide d’un condensateur imprimable en 3D qui peut être reproduit à des fins éducatives.

Simulation de cheminées hydrothermales de la Terre primitive dans un environnement à gradient thermique

Un protocole d’écoulement continu évolutif détaillé est présenté pour synthétiser un fluorure d’aryle à partir d’une arylamine par la réaction de Balz-Schiemann.

Protocole de réaction Balz-Schiemann évolutif dans un réacteur à flux continu

Ce protocole détaille l’assemblage de réseaux de mini-bioréacteurs à utiliser pour la culture en flux continu de communautés fécales complexes dans des conditions anaérobies. Nous discutons également des méthodes d’assemblage, d’inoculation et d’échantillonnage des réacteurs pour une analyse plus approfondie.

Ensemble de bioréacteur pour la culture continue de communautés fécales complexes

Les systèmes de traitement des milieux humides artificiels sont utilisés depuis des décennies pour traiter les eaux usées, mais leur application pour traiter les eaux touchées par le traitement des sables bitumineux est relativement nouvelle. Pour explorer ce potentiel, un plan de mésocosme à écoulement de surface et des méthodes expérimentales sont esquissés. Cette approche vise à améliorer notre compréhension des principaux paramètres de conception et à améliorer l’efficacité du traitement.

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Découvrez la simulation de cheminées hydrothermales naturelles par injection de fluides alcalins dans un réservoir océanique anoxique. Cette méthode reproduit les jardins chimiques auto-assemblés pour étudier les origines de la vie sur Terre.

Jardins chimiques accréditives Réacteurs simulation des systèmes hydrothermaux naturels

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