Name: כימית גנים כזרימה דרך מערכות הידרותרמיות טבעיות כורי מדמה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 55 s
Description: חקור היווצרות גנים כימיים במערכות הידרותרמיות טבעיות באמצעות הזרקת תמיסות בסימולציה מעבדתית. שיטה זו מאפשרת למדוד מתח חשמלי ולחקור תנאי כדור הארץ הקדום.

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

מחקר זה בוצע במעבדה להנעה סילונית במכון הטכנולוגי של קליפורניה, תחת חוזה עם מינהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי. אנו מכירים בתמיכה של המכון לאסטרוביולוגיה של נאס"א (Icy Worlds). L.M.B. נתמך על ידי NAI באמצעות תוכנית הפוסט-דוקטורט של נאס"א, המנוהלת על ידי Oak Ridge Associated Universities באמצעות חוזה עם נאס"א. J.E.N. נתמך באמצעות יחסי ציבור/פרס #: P031C110019 של משרד החינוך האמריקני המנוהל באמצעות מכללת הדרים. אנו מכירים בדיונים מועילים עם חברי קבוצת המיקוד של NAI לתרמודינמיקה, חוסר שיווי משקל ואבולוציה ומכון החלל המדעי של השיש הכחול.

1. שיקולי בטיחות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש בציוד מגן אישי (מעבדה מעיל, משקפי מגן, כפפות nitrile, נעליים מתאימות) כדי למנוע נגד דליפות כימיות או פציעה. השתמש במזרקים ומחטים, ולדאוג שלא לנקב כפפות. דואג במהלך התקנת ניסוי כדי לבדוק את המנגנון להדלפות על ידי ביצוע הזריקה ראשון עם כפול מזוקק H 2 O (DDH 2 O), וכדי לבדוק את היציבות של בקבוקוני תגובה על הדוכן, לפני הוספת כימיקלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתחייב ניסוי זה עם כל מתכון גן כימי, אך אחד מהמגיבים אנו משתמשים כדי לדמות פתחים במעמקי ים הוא כימיקל מסוכן, נתרן גופרתי; לכן לעשות הניסוי כולו בתוך מנדף כדי למנוע חשיפה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתוח רק את הבקבוק של נתרן גופרתי במנדף ולמקם את איזון בתוך מנדף לשקילת גופרי. תמיד לשמור על פתרונות המכילים גופרתי בתוך מנדף כפי שהם ישחררו את הגז רעיל S H 2, וגם לשמור על sulfidנוזל דואר, חדים, ומיכלי פסולת מוצק במנדף. מגיב אחר של עניין הוא פה (II) Cl 2 • 4H 2 O, אשר מתחמצן בחשיפה לאוויר, כך דואג לשמור פתרונות anoxic ולגדול גנים כימיים תחת אמיץ anoxic (למשל, N 2 או אר), תמיד ב מנדף או תא הכפפות. </li></ol></li></ol> 2. הגדרה לניסויים בהזרקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור &quot;בקבוקוני הזרקה&quot; זכוכית על ידי ניתוק 1 סנטימטר התחתון של זכוכית שקופה 100 מיליליטר crimp בקבוק סרום עליון (crimp סוג סגירת חותם 20 מ&quot;מ) עם חותך זכוכית, כך ש, כאשר הפוך, הכלי פתוח לאוויר. כמו אלה הם לשימוש חוזר, לנקות את צלוחיות באמבטית 1 O חומצת M HCl / N, ולאחר מכן לשטוף היטב עם DDH 2 O לפני ניסוי חדש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את בקבוקוני הזרקה (איור 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף מחצה 20 מ&quot;מ, 20 מ&quot;מ אלומיניום crimp חותם, וקצה פיפטה פלסטיק 0.5-10 μl. שימוש במזרק ne 16 Gedle, לנקב חור בזהירות דרך המרכז של מחיצת האף, ולאחר מכן להסיר ולהשליך את המחט במכל הפסולת החדים המתאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את קצה פיפטה לתוך חור המחט, לצד השני של מחיצת הגומי שיעמוד בפני בתוך הראש מלחץ של הבקבוקון. לדחוף את קצה פיפטה באמצעות המחיצה, כך שהוא דוקר את הצד השני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחיצה-לאטום את המחיצה עם קצה פיפטה על כלי ההזרקה לעשות חותם אטום למים. כאשר אטום, לדחוף את קצה פיפטה נוסף באמצעות המחיצה, כך שהוא בולט החוצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להדביק צינורות 1/16 &quot;קוטר הפנימי ברורים גמישים כימיים עמידה לקצה פיפטה (אורך צינור צריך להגיע מבקבוקון ההזרקה למשאבת המזרק); להחליק אותו לחותם אטום למים. שים לב: זה יהיה צינור ההזרקה, האכיל מהקצה השני על ידי מזרק עם מחט 16 G. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדקו דליפות: הכנס מזרק 10 מיליליטר מלא DDH 2 O עם מחט G 16 לקצה השני של הצינור(בצורה חלקה להחליק את הצינור היישר אל המחט ולהיזהר שלא לנקב את הקיר של הצינור). לאט לאט להזריק כך שDDH 2 O נע מעלה והצינורות לתחתית כלי התגובה. חותמות להבטיח כי המזרק / צינור, צינור / טיפ, וcrimp הן אטומים למים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצמד את בקבוקוני ההזרקה בדוכן במנדף, כך שהזריקה תהיה להאכיל מהחלק התחתון של הבקבוקון. הערה: ניתן להגדיר בקבוקונים מרובים בבת אחת והאכילו בו זמנית על ידי מזרקים נפרדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת אלקטרודות למדידת פוטנציאל הממברנה על הקיר של הגנים הכימיים. תמיד להשתמש באותו הכנס שעופרת היא &quot;בתוך&quot; ושהוא &quot;מחוץ&quot; לגנים הכימיים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך אורכים של חוט מבודד (למשל, נחושת) שמגיע מבפנים כלי התגובה ליתרון של מודד לוגר או נתונים. השאר קצת רפוי בחוטי החשמל למיצוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרצועה ~ 3 מ&quot;מ שלחוט חשוף בקצוות שיהיה ממוקמים בתוך בקבוקון התגובה. בקצוות האחרים שמחוברים למוביל מודד, רצועה ~ 1 סנטימטר של חוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתקן את החוטים במקום למדוד פוטנציאל קרום על פני הגן הכימי. לחוט שילך בתוך הגן הכימי: הכנס אותו לפתיחה של קצה פיפטה שממנו הנוזל יאכיל לתוך הכלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדחוף את החוט בקלות כדי להבטיח מגע עם פתרון ההזרקה, אבל לא כל כך הרבה שזה יהיה לסתום את זרימת ההזרקה. למחוץ התיל: המקום כך שהוא יהיה במגע עם מאגר הפתרון אבל לא עם משקע הגן הכימי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלטת או אחר לאבטח את החוטים, כך שהם לא יכולים לזוז בתוך בקבוקון ההזרקה במהלך הניסוי (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את הקצוות האחרים של החוטים למודד, ולאבטח את החוטים כך שהקצוות אלה גם לא זזו לאורך כל הניסוי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת N 2 </תת&gt; קווי גז שכל להאכיל לאחת מהבקבוקונים להזרקה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפצל את הזנת הגז ממקור N 2 לכמה צינורות, כך שיש להאכיל אחד N 2 לכל בקבוקון הזרקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כל צינור N 2, כך שהוא מזין לתוך אמיץ של אחד מהבקבוקונים להזרקה. </li></ol></li></ol> 3. הכנת פתרונות לגן כימית צמיחה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון המאגר, עבור כל ניסוי 100 מיליליטר. הערה: בדוגמא זו, השתמש 75 מ&quot;מ Fe 2+ ו -25 מ&quot;מ Fe 3+ כקטיונים המזרזים (טבלת 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליצור פתרונות anoxic ידי המבעבע הראשון DDH 2 O עם N 2 גז ל~ 15 דקות לכל 100 מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את ולהוסיף FeCl 2 • 4H 2 O וFeCl 3 • 6 שעות 2 O, תוך ערבוב בעדינות כדי לפזר (לא בתוקף כדי לא להציג את החמצן). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ריאגנטים מומסים, מייד resumמבעבע דואר אור Fe 2+ / Fe 3+ פתרון עם N 2 גז בעוד זריקות מוכנות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר כל שני פתרונות ההזרקה העיקריים מוצגים בטבלה 1, ולהכין 10 מיליליטר של כל אחד. ממלאי מזרק 10 מיליליטר לציון 7 מיליליטר עם כל אחד מהפתרונות (מזרק אחד לכל פתרון). החזר את כמוסות המחט ומניח בצד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 20 מיליליטר של פתרון ההזרקה המשני (נתרן גופרתי - זהירות). ניתן לראות בטבלה 1 מלא שני מזרקים 10 מיליליטר לציון 7 מיליליטר עם הפתרון הזה, להחליף את כובעי המחט ומניח בצד. תמיד לשמור על פתרונות המכילים גופרתי ומזרקים במנדף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למלא את DDH 2 O מזרקים משלב 2.2.5; אלה ישמשו כדי לשטוף את צינור ההזרקה. </li></ol> 4. החל ההזרקה הראשונית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בנתונים לוגר רצויים למדידות פוטנציאל הממברנה; למדוד את הפוטנציאל של כל ניסוי בseparatערוץ E, ולקבוע את שיעור הסריקה לתת את הכמות הרצויה של נקודות נתונים (לדוגמא, להזרקה 2-שעה, הקלטת פוטנציאל בכל 30 שניות תספיק). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את המזרקים ההזרקה העיקריים במשאבת מזרק לתכנות במנדף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכוס פסולת לתפוס טיפות ולהגדיר את משאבת המזרק כדי להזריק בקצב מהיר עד המזרקים שני מתחילים לטפטף לתוך הכוס. אז להפסיק ההזרקה (על מנת להבטיח ששני המזרקים להתחיל הזרקה בדיוק באותה הרמה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תכנית מחדש את משאבת המזרק כדי להזריק ב2 מיליליטר לשעה (לכייל לסוג של מזרק בשימוש), אך לא פגע התחלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את DDH 2 O המזרקים לשני צינורות פלסטיק בהזרקה, ולהזריק כך שהמים ממלאים את צינורות עד ברור לצמצם שבו נכנס למאגר המרכזי. מניחים את המזרקים על הדוכן, מעל בקבוקוני ההזרקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים של פתרון מאגר Fe 2+ / 3+ פה לEA 100 מיליליטרבקבוקון ch. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הזרימה של קווי גז N 2 כרצויים לשמור anoxic הניסוי למשך הזריקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכסות בזהירות את בקבוקוני מאגר עם חותם אטום (למשל, באמצעות Parafilm; לא חוסם את הנוף מבעד לזכוכית) והכנס N 2 להאכיל לתוך בקבוקון אחד (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להביא 2 O המזרקים DDH (עדיין הוכנסו בצינורות) למטה ליד המזרקים הזרקה הראשוניים. החלק בזהירות את צינור הפלסטיק בהזרקה את מחט מזרק O DDH 2, ולהעביר אותו באופן מיידי ישירות על גבי אחת ממחטי מזרק ההזרקה הראשונית. (שים לב שלא לנקב את הקיר של הצינור.) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל ההזרקה, ולהתחיל בהקלטה של ​​פוטנציאל הממברנה. </li></ol> 5. החל ההזרקה המשנית: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכה תחנה על משאבת המזרק לאחר 3 שעות (לאחר 6 מיליליטר כבר הזריק), מבני גן פעם כימיים יצרו (Figuמחדש 4), יצירת פוטנציאל הממברנה ללא הרף (איור 5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוציא בזהירות את המזרקים ההזרקה העיקריים ממשאבת המזרק (אבל להשאיר אותם מחובר לצינורות כך המבנים לא מופרעים); להגדיר אותם על הדוכן מעל לרמה של הנוזל בבקבוקונים כך שהנוזל לא יכול לזרום בחזרה לתוך המזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את המזרקים הזרקה גופרתי המשניים למשאבת המזרק, וחזור על שלבי 4.3 ו -4.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המזרקים המשניים אחת בכל פעם ממשאבת המזרק, ותוך כדי לחיצת המזרקים מעל לרמה של הנוזל בבקבוקונים, לחזור על שלב 4.9, העברת צינורות מהמזרקים העיקריים למזרקים המשניים (איור 6). להיות ערני שלחץ הנוזל מהמאגר לתוך המזרק אינו גורם לנוזל לזרום בחזרה לתוך המזרק כמו זה יכול לכווץ את הגן הכימי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר ההעברה תסתיים, לאבטח היטב את המזרקים המשניים המשאבת מזרק דואר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תכנית מחדש את משאבת המזרק כדי להזריק ב2 מיליליטר לשעה, ופגעה להתחיל להמשיך הזרקה עם פתרון ההזרקה החדש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בבטחה להיפטר המזרקים הזרקה הראשוניים. </li></ol> 6. סיום הניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראשית להפסיק את משאבת המזרק, אז לעצור את ההקלטה של ​​פוטנציאל הממברנה ולשמור את הנתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את זרימת N 2 ולהסיר את השורות וParafilm מכלי ההזרקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם תרצה, לטעום פתרון המאגר או לזרז לניתוח נוסף. כדי להסיר בזהירות את פתרון המאגר ולא להפריע למשקע, להשתמש פיפטה 25 מיליליטר פיפטה בזהירות את פתרון המאגר בכמה aliquots, וזורקים את הפתרון בכוס פסולת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Unclamp כלי זריקה אחת בכל פעם ויוצקים את הפתרון לתוך מבחנה העברת פסולת במנדף. השתמש DDH 2 O לשטוף את החתיכות של משקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המזרקים הלוך ושובמ &#39;משאבת המזרק, ולחלץ אותם מהצינור, ומאפשר הזרקת נוזל נוסף לברוח לתוך כוס העברת פסולת. רוקן את המזרקים לתוך כוס הפסולת, ולהיפטר מהמזרקים במכל חדים גופרי כל הזמן במנדף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את צינורות מבקבוקון הניסוי ולהיפטר ממנו בשקית פסולת מוצקה. Uncrimp החותם ולהיפטר של מחיצת האף, חותם, וקצה פיפטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את בקבוקון זכוכית ניסוי ולספוג אותו באמבטית 1 O חומצת M HCl / N. (זהירות - כלי זכוכית שהיו במגע עם נתרן גופרתי ישחרר גז רעיל S H 2 כאשר הניחו בחומצה שמור אמבטיות חומצה בתוך מנדף..) </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>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

ההיווצרות של מבנה גן כימי באמצעות שיטת הזרקה יכולה להתבצע על ידי ממשק כל שני פתרונות המכילים יונים תגובתי המייצרים משקע. ישנן מערכות תגובה אפשריות רבות שיפיקו מבני משקע ולמצוא את המתכון הנכון של יונים וריכוזי תגובה לגדול מבנה רצוי הוא עניין של ניסוי וטעייה. קצב הזרימה של פתרון ההזרקה נשלט על ידי משאבת מזרק לתכנות וזה גם יכול להיות מגוון בין ניסויים כדי לדמות שיעורים שונים של זרימת נוזל במערכת טבעית. המבנה של גנים כימיים תלוי בגורמים רבים, כוללים הרכב וקצב זרימה, וזה אפשרי לגדול מב...

&quot;גנים כימיים&quot; הם משקעים אורגניים הרכבה עצמית המפותחים שבו שני נוזלים של chemistries מנוגד האינטראקציה 1,2. מבנים אורגניים הרכבה העצמית אלה היו הנושא של עניין מדעי במשך יותר ממאה בחלקו בשל המראה שלהם biomimetic, ורבים מחקרים ניסיוניים ותיאורטי כבר רדפו להבין את ההיבטים השונים מורכבים ופונקציות אפשריות של מערכות גן כימיות 3. דוגמאות טבעיות של גנים כימיים כוללות משקעים &quot;ארובה&quot; מינרלים שגדלים סביב מעיינות הידרותרמיות ומחלחל, וזה כבר טען כי אלה יכולים לספק סביבות מתקבלות על הדעת לחיים לצאת 4. לגדול גן כימי מדמה ארובת אוורור הידרותרמיות טבעי, פתרון מאגר צריך לייצג הרכב אוקיינוס ​​מדומה ופתרון הזרקה צריך לייצג את הנוזל הידרותרמיות שמזין לתוך האוקיינוס. הרבגוניות של o סוג זהניסוי F למערכות תגובה שונות מאפשר סימולציה של כמעט כל כימיה מוצעת אוקיינוס ​​/ הידרותרמיות נוזל, כוללים סביבות על כדור הארץ הקדום או בעולמות אחרים. על כדור הארץ הקדום, האוקיינוסים היו anoxic, חומצי (pH 5-6), והיה הכילו מומסים CO 2 באטמוספרה ופה 2 +, כמו גם פה III, Ni 2 +, Mn 2 +, NO 3 , ולא 2. תגובות כימיות בין מי ים ואת קרום אוקיינוס ​​ultramafic היו מיוצרות נוזל הידרותרמיות בסיסי המכיל מימן ומתאן, ובחלק ממקרים גופרתי (HS -) 4-8. הארובות נוצרו בסביבות פורקן בסיסי מוקדמות כדור הארץ ובכך יכולות היו כלולים oxyhydroxides ברזל / ברזל וסולפידים הברזל / ניקל, וזה כבר הציע שמינרלים אלה שאולי שימשו פונקציות קטליטי ופרוטו-האנזימטית מסוימות כלפי רתימת חיזור / הדרגתיים pH גיאוכימיים לנהוג הופעתה של metaboliמ&quot;ר 5. מים / ממשקים כמו כן, על עולמות אחרים, כגון שעלולים לארח (או אולי אירחו) רוק - כגון תחילת מארס, אירופה הירח של צדק, או הירח של שבתאי אנסלדוס - זה אפשרי, כי כימיה מים / רוק יכולה ליצור סביבות פורקן בסיסיות מסוגלים נהיגה כימיה prebiotic או אפילו מתן נישות למגורים לכל חיים קיימים 5,9-11. ניסוי הגן כימי הקלאסי כרוך גביש זרע של מלח מתכת, למשל tetrahydrate כלוריד ברזל FeCl 2 • 4H 2 O, שקוע בתמיסה המכילה אניוני תגובה, למשל סיליקט נתרן או &quot;כוס מים&quot;. המסת מלח מתכת, יצירת תמיסה חומצית מכילה פה 2 + ממשקים עם הפתרון בסיסי יותר (המכילה אניוני סיליקט וOH -) ומשקע קרום אורגני נוצר. מתנפח הקרום תחת לחץ האוסמוטי, התפרצויות, אז מחדש משקעיםt ממשק הנוזל החדש. תהליך זה חוזר עד הגבישים מתמוססים, וכתוצאה מכך בכיוון אנכי, מבנה משקע עצמי מאורגן עם מורפולוגיה מורכבת בשני סולמות מאקרו ומיקרו. תוצאות תהליך זה ממטרים בהפרדה המשיכה פתרונות כימיים מנוגדים על פני קרום הגן כימי אורגני, וההבדל של מין טעון על פני הקרום מניבה קרום פוטנציאל 12-14. מבני גן כימי מורכבים, מציגים הדרגתיים הלחנה מפנים לחיצוני 13,15-19, והקירות של המבנה לשמור על הפרדה בין פתרונות המנוגדים לתקופות ארוכות בזמן שנותרו מעט חדיר ליונים. בנוסף להיותו ניסוי אידיאלי למטרות חינוכיות (כפי שהם פשוט להפוך להפגנות בכיתה, והוא יכול לחנך את התלמידים על תגובות כימיות וארגון עצמי), יש לי גנים כימיים כייצוגים של assemb עצמי משמעות מדעיתly במערכות דינמיות, רחוק משיווי המשקל, הכולל שיטות שיכולים להוביל לייצור של חומרים מעניינים ושימושיים 20,21. גנים כימיים במעבדה גם ניתן לגדל באמצעות שיטות הזרקה, שבו התמיסה המכילה יונים מזרזים אחד מוזרקת באיטיות לתוך הפתרון השני המכיל את היון מזרז-שיתוף (או יונים). התוצאה היא ההיווצרות של מבני גן כימיים דומים לאלה של ניסויי צמיחת גביש, פרט לכך שהמאפיינים של המערכת והמשקע יכולים להיות נשלטו טובים יותר. יש שיטת ההזרקה כמה יתרונות משמעותיים. היא מאפשרת אחד כדי ליצור גן כימי באמצעות כל שילוב של מינים מזרזים או התאגדו; כלומר, יכולים להיות משולבים יונים מזרזים מרובים לתוך פתרון אחד, ו / או ניתן לכלול רכיבי מזרז לא-באו פתרון ללספוג / להגיב עם המשקע . פוטנציאל הקרום שנוצר בחומר כימימערכת גן ניתן למדוד בניסוי הזרקה אם האלקטרודה משולבת לתוך הפנים של המבנה, ובכך לאפשר מחקר אלקטרוכימי של המערכת. ניסויי הזרקה מציעים את היכולת להאכיל את פתרון ההזרקה לתוך הפנים של הגן הכימי למסגרות זמן שונים הנשלטות על ידי קצב ההזרקה או נפח מוזרק כולל; לכן ניתן להאכיל ברצף פתרונות שונים ולהשתמש במבנה זירז כמלכודת או כור. בשילוב, טכניקות אלו מאפשרים לסימולציות במעבדה של התהליכים המורכבים שיכולים היה להתרחש במערכת גן כימית טבעית בפורקן הידרותרמיות צוללת, כולל ארובה שנוצרה מהרבה תגובות משקעים בו זמנית בין האוקיינוס ​​ולפרוק נוזל (למשל, סולפידים מתכת ייצור, hydroxides , ו / או פחמתי וסיליקטים) 5,22. יכולות להיות מיושמות גם בטכניקות אלה לכל מערכת תגובת גן כימית כדי לאפשר היווצרות של סוגים חדשיםשל חומרים, למשל, צינורות או צינורות שכבתיים עם מינים תגובתי adsorbed 20,23. אנחנו נפרט כאן ניסוי דוגמא הכולל צמיחה בו זמנית של שני גנים כימיים, Fe 2 + המכילים מבנים בסביבת anoxic. בניסוי זה אנו משולבים כמויות זעירות של polyphosphates ו / או חומצות אמינו לפתרון ההזרקה הראשונית להתבונן השפיעו על המבנה. לאחר היווצרות ראשונית של הגן הכימי שלאחר מכן החליפו את פתרון ההזרקה להציג גופרתי כאניון מזרז משנית. מדידות של פוטנציאל קרום נעשו באופן אוטומטי בכל הניסוי. פרוטוקול זה מתאר כיצד להפעיל שני ניסויים בשימוש במשאבת מזרק כפול פעם אחת; הנתונים שמוצגים נדרשו ריצות מרובות של הליך זה. ספיקות גבוהות יחסית, pH הנמוך של ריכוזי המאגר ומגיב מועסקים בניסויים שלנו נועדו ליצור ארובה גדולה משקעים בsc הזמןAles המתאים לניסויי מעבדה של יום אחד. עם זאת, שיעורי זרימת נוזל במעיינות הידרותרמיות טבעיות יכולים להיות הרבה יותר מפוזר והריכוזים של מגיבים מזרזים (למשל, פה ו- S במערכת כדור הארץ מוקדמת) יכולים להיות בסדר גודל נמוך 4; כך, משקעים מובנים יהוו על לוחות זמנים ארוכים יותר והאוורור יכול להיות פעיל במשך עשרות אלפי שנים 24,25.

<table><tbody><tr><td>משאבת מזרק</td><td>פישר</td><td>14-831-3</td><td>ערוץ כפול או מרובה, תלוי במספר הרצוי של ניסויים בו זמנית</td></tr><tr><td>ברזל כלוריד טטרהידרט</td><td>פישר</td><td>I90500</td><td>ברזל כלוריד טטרהידראט (גבישי/מוסמך)</td></tr> <tr><td>ברזל כלוריד הקסהידראט</td><td>פישר</td><td>I88-100</td><td>פריק&nbsp; כלוריד&nbsp; הקסהידרט&nbsp; (גושים/ACS מאושר)</td></tr><tr><td>נתרן הידרוקסיד</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>דרגת ריאגנט, &ge; 98%, כדוריות (נטולות מים)</td></tr> <tr><td>נתרן גופרתי נונאהידראט</td><td>פישר</td><td>S425212</td><td>נתרן גופרתי נונאהידראט (ACS גבישי/מאושר). יש לאחסן ב-20&nbsp; &#176;ג. פתח רק בתא כפפות או במכסה אדים. משחרר גז H2S רעיל; יש לשמור את כל התמיסות המכילות סולפיד בתא כפפות או במכסה אדים.</td></tr><tr><td>אשלגן פירופוספט</td><td>סיגמא-אולדריץ'</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>מזרקים (10&nbsp; cc)</td> <td>פישר</td><td>14-823-16E</td><td>BD&trade; מזרק עם קצות לואר-לוק (ללא מחט)</td></tr><tr><td>מחטי מזרק (16&nbsp; מד)</td> <td>פישר</td><td>14-826-18B</td><td>BD&trade; שימוש כללי ומחטים היפודרמיות PrecisionGlide, 16&nbsp; G x 1.5 אינץ' (38&nbsp; מ"מ)</td></tr> <tr><td>צינורות</td><td>קול פארמר</td><td>EW-06407-71</td><td>צינורות מעבדת טיגון, ללא DEHP, 1/16 אינץ' מזהה x 1/8 אינץ' אטמי</td></tr><tr><td>אלומיניום</td> OD <td>פישר</td><td>0337523C</td><td>Thermo Scientific&trade; לאומי ומסחרי; מרחב ראש 20&nbsp; מ"מ חותמות מלחץ</td></tr><tr><td>פקקי בוטיל אפורים</td><td>פישר</td><td>0337522AA</td><td>Thermo Scientific&trade; לאומי ומסחרי; 20&nbsp; מ"מ מחיצה לבקבוקי סרום בקבוקוני Headspace בקבוקוני</td></tr><tr><td></td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>33110-U</td><td>, חלק עליון מלחץ, בקבוק סרום, גודל 100 מ"ל, זכוכית שקופה, OD וזמנים; גובה 51.7 מ"מ ופעמים; 94.5 מ"מ. לצורך ניסויים אלה, יש לחתוך את החלק התחתון של בקבוק הסרום.</td></tr><tr><td>קצות פיפטה</td><td>VWR</td><td>53511-682</td><td>קצות פיפטה 0.5-10 & #956; l</td></tr><tr><td>חוט</td><td>McMaster-Carr</td><td>8073K661</td><td>חוט מוליך יחיד מוצק, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC</td></tr></tbody></table>

כימית גנים כזרימה דרך מערכות הידרותרמיות טבעיות כורי מדמה

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

כאן אנו מדווחים על סימולציות ניסיוניות של גידול ארובות הידרותרמיות בשיטות הזרקה כימיות של גינון. הרבגוניות של ניסוי מסוג זה מאפשרת בדיקה של כימיות שונות של אוקיינוס / נוזל הידרותרמי שהיו יכולות להניע תגובות לקראת מקור החיים בסביבות בכדור הארץ המוקדם, במאדים המוקדם, או אפילו בעולמות אחרים כמו הירחים הקפואים של כוכבי הלכת החיצוניים. אנו מראים ניסויים הכוללים גידול של מבני גינה כימיים בתנאים אנוקסיים המדמים את כדור הארץ הקדום, הכללת מרכיבי קורט של פוספטים / אורגניים בתמיסת ההזרקה כדי לשלבם במבנה, החלפת תמיסת ההזרקה להכנסת אניון משקע משני, ומדידת פוטנציאל הממברנה הנוצר על ידי גנים כימיים. באמצעות שיטה זו, נוצרו מבני גן כימיים בהרכבה עצמית המחקים את הארובות הטבעיות המשקעות במעיינות הידרותרמיים תת-ימיים, וניתן להשתמש במשקעים אלה בהצלחה ככורים זורמים על ידי הזנה באמצעות הזרקות "הידרותרמיות" מרובות עוקבות.

לאחר פתרון ההזרקה התחיל להאכיל לתוך תמיסת המאגר, משקע גן כימי החל להיווצר בממשק הנוזל ומבנה זה המשיך לגדול במהלך ההזרקה (האיורים 4-7). בניסויים שדווחו כאן, הזריקה הראשונה הייתה נתרן הידרוקסידי (אשר יכול להיות שונה כדי לכלול L-אלנין ו / או pyrophosphate), ופתרון המאגר היה 1: 3 תערובת של Fe 3+ / Fe 2+, מניב מעורב --redox מדינת משקע oxyhydroxide הברזל. גנים הכימיים בדרך כלל הציגו מורפולוגיה צבע כפולה - כמה חתיכות של המשקע היו ירוק כהים (כנראה מצ...

אנו מתארים היווצרות גנים כימיים באמצעות ניסויי הזרקה המאפשרים סימולציות מעבדה של מערכות גן כימיות טבעיות הנוצרות בנביעות הידרותרמיות תת-ימיות.

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

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לדמות ארובות טבעיות ששקעו בפתחים הידרותרמיים תת-ימיים של כדור הארץ המוקדם, באמצעות ניסויי "גן כימי" ליצירת מבנים המרכיבים את עצמם בקנה מידה קטן. דבר זה מושג תחילה על ידי הכנת שני תמיסות: תמיסה אחת מדמה את הרכב מי השיר של כדור הארץ המוקדם, ותמיסה שנייה מדמה נוזל הידרותרמי בסיסי שנוצר מתגובות בין מים לסלע.בשלב הבא, מקימים מערך כך שניתן יהיה להזריק נוזל דמוי הידרותרמי לתוך מאגר של אוקיינוס סימולטי תחת atmosfera אנוקסית. כשלב שלישי, מקימים אלקטרודות למדידת המתח בין התמיסות ההידרותרמיות לתמיסות האוקיינוס במהלך ההזרקה. לבסוף, מזריקים לאט את התמיסה הדמוית הידרותרמית לבסיסו של מבחנה המכילה את תמיסת האוקיינוס הסימולטי, תוך חיקוי החלחול הטבעי של נוזל הפירחים אל מחוץ לקרום האוקיינוס ואל מי הים הסובבים.התוצאות מראות כי משקב מינרלי נוצר בממשק שבין מי האוקיינוס לבין תמיסות הידרותרמיות, וזה מתפתח למבנה של גן כימי המרכיב את עצמו, המדמה פשיקה הידרותרמית תת-ימית טבעית. פשיקות הידרותרמיות הן בדיוק כמו גנים כימיים טבעיים. אנו סבורים שהן נוצרו על פני כדור הארץ לפני כ-4.4 מיליארד שנים, והן עשויות בעיקר מסולפיות ברזל והידרוקסידות ברזל, עם כמות קטנה של סיליקה.והם מתנהגים כמו קרום; הם נוצרים במקומות שבהם תמיסות בסיסיות עולות אל האוקיינוס, שהוא חומצי למדי. ובממשק שבין השניים, הם משקיעים את המינרלים הללו, כפי שציינתי, כך שהם נראים למעשה כמו קרום. למעשה, ניתן להשוות אותם לחיים כפי שאנו מכירים אותם כיום.ובכן, לחיים יש נטייה להיות בעלי סביבה פנימית בסיסית, כפי שקורה אצלנו, למשל. ובמקביל, ישנה נטייה להעדפת סביבות חיצוניות חומציות. כלומר, אני יכול לומר זאת אולי בנימה קלילה, אך אנו מעדיפים שמפו עם pH של 5.5.אנחנו אוהבים משקאות גזים חומציים, למשל. אך אנחנו אוהבים לשתות גם משקאות בסיסיים כדי לשמור על בריאותנו, כיוון שכסוף הכל, פנימינו בריאים, בדיוק כמו גנים כימיים טבעיים. ומה שראינו היום במעבדה הוא העובדה שהחלק הפנימי של הגנים הכימיים הללו הוא בסיסי.החלק החיצוני הוא חומצי. הוא חמצני למדי, ומה שקורה הוא שהגנים הכימיים הללו יוצרים גרדיאנט כימי בין השניים, גרדיאנטים כימיים של pH ורדוקס, שסכומם הוא כחצי וולט, שזהו בערך כמות האנרגיה האלקטרוכימית הנדרשת להנעת החיים. אנו סבורים שזה היה בדיוק המצב המתאים כדי להניע את הופעת החיים לראשונה באחד מהגנים הכמיים הללו על קרקעית האוקיינוס לפני 4 מיליארדי שנים.ניסוי זה מאפשר לנו לדמות תנאים פלנטריים שונים, כגון אוקיינוסים, נוזלים הידרותרמיים ואטמוספירות, וכן מאפשר לנו לדמות את ההשפעות של שינוי פרמטרים ניסיוניים ספציפיים ואת ההשפעה שתהיה לכך על המערכת. במקור, חקרנו גנים כימיים שגדלו ישירות מגבישים בתוך מבחנות, אך לא יכולנו למדוד את פוטנציאל הממברנה כיוון שלא הצלחנו להחדיר חוט ישירות לתוך הממברנה עצמה. לכן, כדי לבצע זאת, פיתחנו שיטה חדשה.זוהי שיטת הזרקה שבה הזרקנו סימולטור הידרותרמי לתוך נוזל אוקיינוס במאגר. הדבר אפשר לנו להשתמש בנתב נתונים אוטומטי כדי למדוד את הפוטנציאל הממברנלי לאורך צמיחת הממברנה. אלו שאינם מכירים את השיטה עשויים להתקשות בגידול גנים כימיים בעלי מבנה מסודר ובמיקום הווירוס בתוך הניצנים לצורך מדידת מתח.עם זאת, באמצעות פתרון בעיות, ניתן לפתור את כל הבעיות הללו. התחילו בשימוש בחותך זכוכית כדי לחתוך את התחתית של בקבוק סרום מזכוכית שקופה בנפח 100 milliliter עם פתח לסגירה (crimp top) לשימוש כבקבוק הזרקה. אספו בנוסף ספטום בנפח 20 millimeter, אטם אלומיניום (crimp seal) בנפח 20 millimeter, וטיפ פלסטיק לפיפטה בנפח 0.5 to 10 µL.באמצעות מחט מזריק בגודל 16 gauge, נקבו בזהירות חור במרכז הספטום, ולאחר מכן הוציאו והשליכו את המחט למכל פסולת חדה מתאים. לאחר מכן, הכניסו את טיפ הפפיטה לחור המחט ודחפו את טיפ הפפיטה דרך הספטום כך שיבלוט מהצד השני. בצעו איטום באמצעות כיווץ (Crimp seal) של הספטום יחד עם טיפ הפפיטה על כלי ההזרקה.כדי להפוך אטם אטום למים לאטום גם לרוח, דחפו את קצה הפפטה הלאה דרך המחיצה (septum) כך שיבלוט החוצה. לאחר מכן, חברו צינור שקוף, גמיש ועמיד בכימיקלים עם קוטר פנימי של 1/16 אינץ' לקצה הפפטה. החליקו את הצינור למעלה על קצה הפפטה. כדי ליצור אטם אטום למים, ודאו שהצינור ארוך מספיק כדי להגיע מבקבוק ההזרקה עד למשאבת המזרקים.בשלב הבא, קבעו את בקבוקי ההזרקה עלe מעמד בתוך מנדף, כך שההזרקה תזרום מהחלק התחתון של הבקבוק. חתכו שני קטעים של חוטים מבודדים כך שיהיו ארוכים מספיק כדי להגיע מתוך כלי התגובה אל רשם הנתונים. השאירו מעט חופש בחוטים לצורך מיקום.בשלב הבא, הסירו כ-3 מילימטרים של בידוד מקצהו של כל חוט שיהיה ממוקם בתוך מבחנת התגובה בקצות השנייה. חוטים אלו יחוּברו למוליכי המולטימטר. הסירו כסנטימטר אחד של בידוד מהחוט והכניסו חוט אחד – החוט שיהיה בתוך הגן הכימי – קרוב לפתח של קצה הפפט כדי להבטיח מגע עם תמיסת ההזרקה, אך לא בצורה שתחסום את זרימת ההזרקה.לאחר מכן, קבעו את שני קצות החוטים במקומם באמצעות סרט דבק. השכיבו את החוט החיצוני כך שיהיה במגע עם מיכל התמיסה, אך לא עם המשקע של הגן הכימי. לבסוף, חברו את הקצוות החופשיים של החוטים למסמך הנתונים (data logger) כדי לשמור על המרווח שמעל מיכל התמיסה.הקימו קווי הזנה של גז חנקן עבור ה-IC. פצלו את אספקת הגז ממכל מקור החנקן למספר צינורות, כך שיהיה קו הזנה אחד לכל מבחנת הזרקה. הכינו 200 מיליליטר של תמיסת המאגר, הידועה גם כסימולטור אוקיינוס, עבור כל מבחנת תגובה, תחילה על ידי הבעבוע של גז חנקן במים דה-יוניזציה למשך כ-15 דקות לכל 100 מיליליטר.פעולה זו מבטיחה שהניסוי יישאר אנוקסי לאורך כל ההזרקה. לאחר מכן, שקול והוסף למים 25 millimolar של iron(II) chloride tetrahydrate ו-75 millimolar של iron(III) chloride hexahydrate.ערבבו את התערובת בעדינות כדי להמיס את היונים מבלי להחדיר חמצן לתערובת. לאחר המסת היונים, חזרו מיד להבעבוע קל של התמיסה באמצעות גז חנקן. בזמן הכנת ההזרקות, בחרו שניים מבין תמיסות ההזרקה העיקריות מהטבלה המוצגת כאן והכינו 10 milliliters מכל תמיסה.לאחר מכן, מלאו מזרק של 10 milliliters עד לסימון של שבעה milliliters מכל אחד מהתמיסות, סגרו אותם והניחו אותם בצד. בשלב הבא, הכינו 20 milliliters של sodium sulfide בריכוז 50 millimolar במכסה המשיקה כהזרקה משנית. מלאו שני מזרקים של 10 milliliters עד לסימון של שבעה milliliters בתמיסה, החזירו את מכסיי המחט והניחו אותם בצד.הצמידו את מזרקי ההזרקה הראשוניים למשאבת מזרקים תכניתית הממוקמת בתוך מטאפה. הגדירו את קצב ההזרקה ל-one milliliter per minute והפעילו את המשאבה עד ששני המזרקים יתחילו לטפטף לכלי הפסולת. לאחר מכן, הפסיקו את ההזרקה.בשלב הבא, הכניסו את המזרקים המכילים מים דה-יוניים לשני צינורות ההזרקה מפלסטיק והזריקו כך שהמים ימלאו את הצינור השקוף עד לפתח שבו הוא נכנס למאגר הראשי. לאחר מכן, הניחו את המזרקים על המעמד מעל מבחנות ההזרקה. לאחר מכן, שפכו בזהירות 100 milliliters של תמיסת המאגר המכילה ברזל לתוך כל מבחנה.צרו בעדינות איטום אטום לאוויר מעל המבחנות באמצעות פרפיל (perfil) והכניסו צינור להזנת חנקן לכל מבחנה. התאימו את זרימת קווי גז החנקן לפי הצורך כדי לשמור על תנאי אנאוקסיה לאורך כל משך ההזרקות. לאחר מכן, הביאו את המזרקים המלאים במים, אחד אחד, לצד המזרקים המשמשים להזרקה ראשית.החליקו בזהירות החוצה את צינור ההזרקה מפלסטיק והעבירו אותו מיד ובאופן ישיר לאחד ממחטי מזרקי ההזרקה הראשוניים, תוך הקפדה לא לנקב את דופן הצינור. לאחר מכן, הגדירו את משאבת המזרקים לעבודה בקצב של 2 mL לשעה למשך שלוש שעות והתחילו את ההזרקה בו-זמנית.התחילו את הקלטת פוטנציאל הממברנה. לחצו על עצירה במזרק המשאבה לאחר שלוש שעות. לאחר שנוצרו מבני גן הכימיה, הסירו בזהירות את מזרקי ההזרקה הראשוניים ממשאבת המזרקים, אך השאירו אותם מחוברים לצינורות כדי שהמבנים לא יופרו.הנח אותן על המעמד מעל מפלס הנוזל בבקבוקונים, כדי שהנוזל לא יזרום בחזרה אל המזרק. לאחר מכן, חבר את מזרקי ההזרקה המשניים, שבמקרה זה מכילים sodium sulfide, למשאבת המזרקים והזרם את הנוזל במחט עד ששניהם יתחילו לטפטף; השלך את תמיסת ה-sulfide למכל ייעודי לפסולת מסוכנת. לאחר מכן, הסר את המזרקים אחד אחד ממשאבת המזרקים והעבר את הצינור ממזרק ההזרקה הראשוני למזרק המכיל sodium sulfide.תכנת מחדש את משאבת המזרקים להזרקת התמיסה בקצב של שני מיליליטר לשעה והפעל את המשאבה כדי להזריק את תמיסת הנתרן סולפיד בקצב זה למשך שלוש שעות. ברגע שתמיסת ההזרקה הראשית מוזנת אל תוך תמיסת המאגר, מתחיל להיווצר משקע של "גן כימי" בממשק הנוזלים, ומבנה זה ממשיך לגדול במהלך ההזרקה תחת מיקרוסקופ אלקטרוני סורק סביבתי. המשקעים הראשוניים שהיווצרו בנוכחות alanine נראו מעוגלים ואמורפיים יותר, בעוד שמשקעי ברזל אוקסי-הידרוקסיד טהורים, כמו גם אלו המכילים pyrophosphate, נראו גבישיים יותר לאחר ההזרקה הראשית. הפוטנציאל נטה להגיע לשיא מידית סביב 0.45 עד 0.55 volts, ולאחר מכן ירד למשך כשעה לפני שהתייצב סביב 0.1 עד 0.2 volts למשך שאר ההזרקה הראשית.כאשר הוחלפו המזרקים הראשוניים במזרקים משניים המכילים sodium sulfide, המשיך הגן הכימי לגדול, אלא שהצמיחות החדשות הנראות לעין היו כעת iron sulfide שחור. במקום לתרום לדפנות הקיימות, נראה כי חלקי הסולפיד השחורים של הגן הכימי התפצלו וגדלו בנפרד. ברגע שתמיסת הזרקת הסולפיד הגיעה לגן הכימי, פוטנציאל הממברנה קפץ מיד לכ-0.9 volts.קיימים שילובים רבים אפשריים של תמיסות שניתן להשתמש בהם כדי לגדל גנים כימיים. ניתן גם לשנות את קצב ההזרקה מקצב מהיר לקצב איטי, ולהחליף את ההזרקה הראשונית בהזרקה משנית בכל שלב במהלך הניסוי, כל עוד מבנה הגן הכימי נוצר במלואו. תמיסות Sodium sulfide משחררות גז hydrogen sulfide, שהוא מסוכן ביותר.יש להשתמש במכלי נתרת סולפיד פתוחים ובפתרונות המכילים סולפיד בתוך מ !='') מנוף אידוי (fume hood) ולטפל בהם בהתאם להנחיות גיליון בטיחות החומר (MSDS); יש להשליך פתרונותהם, הן משומשים והן שאינם משומשים, כפסולת מסוכנת. פיהים הידרותרמיים, כפי שראינו כעת גדלים במעבדה, עשויים ממינרלים נקבוביים, בעיקר סולפידי ברזל והידרוקסידי ברזל. אנו סבורים כי אלו יפעלו כזרזים עבור חיים מוקדמים, והם דומים מאוד במבנם לזרזים ולאנזימים הקיימים אפילו בעורנו עד היום.ניתן להשתמש בניסוי זה כדי לדמות סביבות גיאולוגיות שונות, אך הוא רלוונטי גם למדעי החומרים, כיוון שקיים עניין רב בלמידה כיצד לשלוט בצמיחתן של מבנים בעלי הרכבה עצמית אלו באמצעות מניפולציה של פרמטרי הניסוי, ואולי גם ליצירת מבנים וחומרים שיכולים לשמש כזרזים לתגובות שונות.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

מכשירי Millifluidic מנוצלים לסינתזה מבוקרת של ננו, ניתוח של מנגנוני תגובה וזרימת קטליזה המתמשכת זמן נפתר.

Millifluidics לסינתזה כימית וזמן נפתר מכניסטית לימודים

תכנון כור חדשני, שנטבע ביו-ריאקטור בצפיפות גבוהה (HDBR), מוצג לגידול ומחקר של קהילות מיקרוביאליות בצפיפות גבוהה. כאן, ה-HDBR מיושם בהצלחה בתצורת פוטו-ביו-ריאקטור (PBR) לחקר חילוף החומרים של חנקן על ידי קהילת אצות מעורבת בצפיפות גבוהה.

Bioreactor רומן לטיפוח צפיפות גבוה של קהילות חיידקים מגוונות

כימיה זרימה נושא איכות הסביבה, יתרונות כלכליים באמצעות מינוף ערבוב מפואר, מעבר חום ועלות תועלת. במסמך זה, אנו מספקים תוכנית כדי להעביר תהליכים כימיים אצווה מצב זרימה. התגובה של diphenyldiazomethane (DDM) עם p- nitrobenzoic חומצה, מתנהל ב אצווה, זרימה, נבחרה עבור הוכחת הרעיון.

זרימה רציפה כימיה: התגובה של Diphenyldiazomethane עם חומצה - Nitrobenzoic p

פרוטוקול להקרנה התגובה אורגני באמצעות לעצור זרימת מיקרו-אבובים (SFMT) כורים העסקת המגיבים גז ו/או האור מתווכת תגובות מוצג.

ניצול של עצור זרימת מיקרו-אבובים כורים לפיתוח של המרות אורגני

פרוטוקול זה מתאר ניסויים מיקרוביאלית תחת לחצים מוגבה ללמוד תהליכי ביוניג באתרו. הגישה הניסיונית מעסיקה כור בלחץ גבוה נדנדה מצויד תא התגובה זהב-טיטניום המכיל תרבות מיקרוביאלית של חומצי, ברזל עשיר בברזל.

שימוש גמיש זהב-טיטניום תגובת התאים כדי לדמות פעילות מיקרוביאלית תלויי לחץ בהקשר של ביוניג תת משטח

מרחב הספסל, הטיפוח-תרגול מסייע לאפיון מיקרוראלגל ולמיטוב הפרודוקטיביות לפני המשך התהליך העוקב. Photobioreactors חקנים לספק את השליטה הנחוצה עבור ניסויים מיקרוראלגל אמין ולאחר והוא יכול להיות מותאם בבטחה לטפח מיקרואצות עם גזים מאכל (CO2, כך2, לא2) מתוך העירונית או התעשייה בעירה.

מיקרואצות וטיפוח ביומסה ביופיקציה בפוטובילקטור הספסל עם גזים בארובה מאכל

פרוטוקול מתואר לשימוש בפחמן דו-חמצני בגז טבעי של גז טבעי כדי לטפח מיקרו-אצות בבריכות פתוחות של מסלולי מרוצים. הזרקת גז Flue נשלטת באמצעות חיישן pH, וצמיחת מיקרו-אצות מנוטרת באמצעות מדידות בזמן אמת של צפיפות אופטית.

צימוד לכידת פחמן מתחנת כוח עם בריכות מסלול מרוץ פתוחות אוטומטיות למחצה לגידול מיקרו-אצות

מטרת פרוטוקול זה היא ליצור ארובות הידרותרמיות מדומות באמצעות ניסויים בהזרקת גינה כימית ולהציג שיפוע תרמי על פני קרום המשקעים הלא אורגני, באמצעות מדחוס 3D להדפסה שניתן לשחזר למטרות חינוכיות.

סימולציה של ארובות הידרותרמיות מוקדמות בכדור הארץ בסביבה שיפועית תרמית

פרוטוקול זרימה רציף מפורט הניתן להרחבה מוצג כדי לסנתז אריל פלואוריד מאמין אריל דרך תגובת בלז-שיימן.

פרוטוקול תגובת בלז-שיימן הניתן להרחבה בכור זרימה רציפה

פרוטוקול זה מפרט את הרכבת מערכי מיני-ביו-ריאקטור שישמשו לתרבית זרימה רציפה של קהילות צואה מורכבות בתנאים אנאירוביים. אנו דנים גם בשיטות ההרכבה, החיסון והדגימה של הכורים להמשך ניתוח.

מכלול ביו-ריאקטור לתרבית מתמשכת של קהילות צואה מורכבות

מערכות בנויות לטיפול בביצות שימשו במשך עשרות שנים לטיפול בשפכים, אך היישום שלהן לטיפול במים המושפעים מתהליך חולות הנפט הוא חדש יחסית. כדי לחקור את הפוטנציאל הזה, מתוארים תכנון מזוקוסמוס של זרימת פני השטח ושיטות ניסוי. גישה זו נועדה לשפר את ההבנה שלנו לגבי פרמטרי עיצוב מרכזיים ולשפר את יעילות הטיפול.

תכנון ביצות בנוי בקנה מידה מזוקוסמוס לטיפול בשפכים

חקור היווצרות גנים כימיים במערכות הידרותרמיות טבעיות באמצעות הזרקת תמיסות בסימולציה מעבדתית. שיטה זו מאפשרת למדוד מתח חשמלי ולחקור תנאי כדור הארץ הקדום.

כימית גנים כזרימה דרך מערכות הידרותרמיות טבעיות כורי מדמה

גלה סרטונים נוספים