Name: Giardini chimici come flusso attraverso Reattori simulando naturali idrotermali Sistemi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 55 s
Description: Scopri come simulare giardini chimici che imitano le ciminiere idrotermali sottomarine della Terra primordiale. Questo metodo permette di generare strutture auto-assemblanti e misurare i gradienti elettrochimici per studiare le origini della vita.

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

Questa ricerca è stata condotta presso il Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, nell'ambito di un contratto con la National Aeronautics and Space Administration. Ringraziamo il supporto dell'Istituto di Astrobiologia della NASA (Mondi ghiacciati). L.M.B. è supportato dalla NAI attraverso il programma post-dottorato della NASA, amministrato dalle Oak Ridge Associated Universities attraverso un contratto con la NASA. J.E.N. è stato supportato attraverso un PR/Award #: P031C110019 del Dipartimento dell'Istruzione degli Stati Uniti gestito dal Citrus College. Ringraziamo le utili discussioni con i membri del NAI Thermodynamics, Disequilibrium, and Evolution Focus Group e del Blue Marble Space Institute of Science.

1. Considerazioni sulla sicurezza <ol><li> Utilizzare dispositivi di protezione individuale (camice da laboratorio, occhiali di protezione, guanti in nitrile, scarpe adatte) per evitare contro fuoriuscite di sostanze chimiche o infortuni. Utilizzare siringhe e aghi, e fare attenzione a non forare i guanti. Fare attenzione durante l&#39;installazione esperimento per verificare l&#39;apparecchiatura per perdite eseguendo l&#39;iniezione prima con bidistillata H 2 O (DDH 2 O), e per verificare la stabilità delle fiale di reazione sul supporto, prima di aggiungere sostanze chimiche. </li><li> Intraprendere questo esperimento con qualsiasi ricetta giardino chimica, ma uno dei reagenti che usiamo per simulare bocchette d&#39;altura è una sostanza chimica pericolosa, solfuro di sodio; quindi fare l&#39;intero esperimento all&#39;interno di una cappa aspirante per evitare l&#39;esposizione. <ol><li> Aperto solo la bottiglia di solfuro di sodio nella cappa e posizionare un equilibrio all&#39;interno della cappa per la pesatura solforato. Tenere sempre soluzioni solfuro contenente all&#39;interno della cappa in quanto rilasciano tossici H 2 S gas, e anche tenere Sulfide liquido, diesis, e contenitori di rifiuti solidi nella cappa. Un altro reagente di interesse è Fe (II) Cl 2 • 4H 2 O, che si ossida in seguito all&#39;esposizione all&#39;aria, quindi attenzione a mantenere le soluzioni anossica e di crescere giardini chimici sotto un spazio di testa anossico (ad esempio, N 2 o Ar), sempre entro una cappa aspirante o nel vano portaoggetti. </li></ol></li></ol> 2. Impostazione per gli esperimenti iniezione <ol><li> Creare vetro &quot;fiale iniezione&quot; tagliando via il fondo 1 cm di un vetro trasparente da 100 ml piegatura superiore della bottiglia siero (20 mm crimpare guarnizione tipo chiusura) con una fresa vetro in modo che, quando invertito, la nave è aperto all&#39;aria. In quanto questi sono riutilizzabili, pulire i flaconi in un 1 M HCl bagno acido O / N, e poi risciacquare bene con DDH 2 O prima di un nuovo esperimento. </li><li> Preparare le fiale di iniezione (Figura 1). <ol><li> Raccogliere un setto 20 mm, 20 millimetri di alluminio piegatura sigillo, e un 0,5-10 microlitri punta di plastica della pipetta. Usando una siringa da 16 ne Gedle, forare con attenzione un foro attraverso il centro del setto, quindi rimuovere e smaltire l&#39;ago nel contenitore per rifiuti taglienti appropriata. </li><li> Inserire la punta della pipetta nel foro dell&#39;ago, nel lato del setto di gomma che si troveranno ad affrontare all&#39;interno della parte superiore crimpatura del flaconcino. Inserire la punta della pipetta attraverso il setto in modo che sporge fuori l&#39;altro lato. </li><li> Crimp-sigillare il setto con punta della pipetta sulla nave iniezione di fare una tenuta stagna. Quando sigillato, spingere la punta della pipetta ulteriormente attraverso il setto in modo che sporga all&#39;esterno. </li><li> Applicare 1/16 &quot;tubo trasparente resistente agli agenti chimici flessibile diametro interno per la punta della pipetta (lunghezza del tubo dovrebbe raggiungere dal flaconcino per la pompa a siringa); farlo scorrere per una tenuta stagna. Nota: Questo sarà il tubo di iniezione, alimentata dal all&#39;altra estremità, da una siringa con ago 16 G. </li><li> Controllare eventuali perdite: inserire una siringa da 10 ml riempita con DDH 2 O con un ago G 16 nell&#39;altra estremità del tubo(agevolmente far scorrere il tubo direttamente sul ago e fare attenzione a non forare la parete del tubo). Lentamente iniettare in modo che il DDH 2 O si muove lungo la tubazione e sul fondo del recipiente di reazione. Garantire che la siringa / tubo, tubo / punta, e crimpatura guarnizioni sono a tenuta stagna. </li></ol></li><li> Bloccare le fiale di iniezione su un supporto in una cappa aspirante, in modo che l&#39;iniezione caricherà dal fondo della fiala. Nota: Più fiale possono essere impostate in una volta e alimentati contemporaneamente da siringhe diverse. </li><li> Impostare elettrodi per misurare il potenziale di membrana attraverso la parete dei giardini chimici. Usare sempre la stessa convenzione per la quale il piombo è &quot;dentro&quot; e che è &quot;al di fuori&quot; dei giardini chimici. <ol><li> Tagliare lunghezze di filo isolato (ad esempio, rame) che raggiungono all&#39;interno dei vasi di reazione al cavo del multimetro o un data logger. Lascia un po &#39;di gioco nei cavi per il posizionamento. </li><li> Strip ~ 3 mm difilo nudo alle estremità che si trovano all&#39;interno del flaconcino di reazione. Alle altre estremità che saranno collegati ai conduttori multimetro, striscia ~ 1 cm di filo. </li><li> Fissare i fili in posizione per misurare il potenziale di membrana attraverso il giardino chimico. Per il filo che andrà all&#39;interno del giardino chimica: inserirla nell&#39;apertura del puntale da cui alimentare fluido nel recipiente. </li><li> Inserire il filo in leggera per assicurare il contatto con la soluzione iniettabile, ma non così lontano che ostruisce il flusso di iniezione. Per l&#39;esterno del filo: posto in modo che esso sarà in contatto con il serbatoio di soluzione, ma non con il giardino precipitato chimico. </li><li> Nastro o altrimenti fissare i fili in modo che non possano muoversi all&#39;interno della fiala iniezione durante l&#39;esperimento (Figura 2). </li><li> Attaccare le altre estremità dei cavi al multimetro, e fissare i fili in modo che quei fini anche non si muovono tutto l&#39;esperimento. </li></ol></li><li> Imposta N 2 </sub&gt; linee di gas che si ogni feed in una delle fiale di iniezione. <ol><li> Dividere la alimentazione del gas da una sorgente N 2 in diversi tubi, in modo che vi sia un N 2 avanzamento per ogni flaconcino. </li><li> Collocare ogni provetta N 2 in modo che alimenta spazio di testa di una delle fiale di iniezione. </li></ol></li></ol> 3. preparazione di soluzioni per la crescita Chemical Garden <ol><li> Preparare la soluzione di riserva, 100 ml per ogni esperimento. Nota: In questo esempio, utilizzare 75 mm Fe 2+ e 25 mm Fe 3+ come i cationi precipitanti (Tabella 1). <ol><li> Creare soluzioni anossiche dal primo gorgogliare il DDH 2 O con N 2 gas per ~ 15 minuti per 100 ml. </li><li> Pesare e aggiungere la FeCl 2 • 4H 2 O e FeCl 3 • 6H 2 O, mescolando delicatamente per dissolvere (non vigorosamente in modo da non introdurre ossigeno). </li><li> Dopo reagenti sono dissolti, risommare subitoe luce di bubbling del Fe 2+ / Fe 3+ soluzione con N 2 gas mentre le iniezioni sono preparati. </li></ol></li><li> Scegliere due qualsiasi delle soluzioni di iniezione primari indicati nella tabella 1, e preparare 10 ml di ciascuna. Riempire una siringa da 10 ml a volume con 7 ml ciascuna delle soluzioni (una siringa per ogni soluzione). Sostituire i tappi degli aghi e mettere da parte. </li><li> Preparare 20 ml di soluzione di iniezione secondario (solfuro di sodio - ATTENZIONE). Indicati nella tabella 1 Riempire due siringhe da 10 ml al marchio 7 ml di questa soluzione, sostituire i tappi degli aghi e mettere da parte. Tenere sempre soluzioni e siringhe-solfuro contenente nella cappa. </li><li> Riempire il DDH 2 O siringhe a partire dal punto 2.2.5; questi saranno utilizzati per irrigare il tubo di iniezione. </li></ol> 4. Avvio del iniezione primario <ol><li> Utilizzare data logger desiderata per i potenziali misure di membrana; misurare il potenziale di ogni esperimento su un separate canali, e impostare la velocità di scansione per ottenere la quantità desiderata di punti di dati (ad esempio, per una iniezione di 2 ore, registrando potenziale ogni 30 sec sarebbe sufficiente). </li><li> Fissare le siringhe di iniezione primari su la pompa a siringa programmabili nella cappa. </li><li> Utilizzare un bicchiere di rifiuti per la cattura di gocciolamenti e impostare la pompa a siringa per iniettare a un ritmo veloce fino a quando le siringhe entrambi cominciano a gocciolare nel bicchiere. Poi interrompere l&#39;iniezione (per assicurare che le due siringhe iniziano iniettare esattamente allo stesso livello). </li><li> Riprogrammare la pompa a siringa per iniettare a 2 ml per ora (calibrazione per il tipo di siringa viene usato), ma non ha colpito inizio. </li><li> Inserire i DDH 2 O siringhe nei due tubi di iniezione plastica e iniettare in modo che l&#39;acqua riempie il tubo trasparente fino all&#39;apertura dove entra nel serbatoio principale. Porre le siringhe sul cavalletto, sopra le fiale di iniezione. </li><li> Versare 100 ml di soluzione serbatoio del Fe 2+ / Fe 3+ in EAfiala ch. </li><li> Regolare il flusso delle linee di gas N 2 come desiderato per mantenere la anossica esperimento per la durata delle iniezioni. </li><li> Coprire con cura le fiale serbatoio con una chiusura ermetica (ad esempio, utilizzando Parafilm, non ostruire la vista attraverso il vetro) e inserire un feed N 2 in ogni fiala (Figura 3). </li><li> Portare i DDH 2 O siringhe (ancora inserite nel tubo) accanto alle siringhe per iniezione primarie. Far scorrere delicatamente il tubo di iniezione plastica fuori dal O siringa DDH 2, e trasferire immediatamente direttamente su uno degli aghi della siringa di iniezione primaria. (Fare attenzione a non forare la parete del tubo.) </li><li> Avviare l&#39;iniezione, e avviare la registrazione del potenziale di membrana. </li></ol> 5. Avvio del iniezione secondario: <ol><li> Hit fermata sulla pompa a siringa dopo 3 ore (dopo 6 ml sono state iniettate), strutture da giardino una volta chimiche si sono formate (Figure 4), continuamente generare un potenziale di membrana (Figura 5). </li><li> Rimuovere con attenzione le siringhe primarie dalla pompa siringa (ma lasciarli collegati al tubo in modo che le strutture non sono disturbati); disporli sul cavalletto di sopra del livello del liquido nelle fiale modo che il liquido non possa fluire nella siringa. </li><li> Fissare le siringhe solfuro di iniezione secondaria per la pompa a siringa, e ripetere i passi 4.3 e 4.4. </li><li> Rimuovere le siringhe secondari uno alla volta dalla pompa a siringa, e, tenendo le siringhe di sopra del livello del fluido in fiale, ripetere il passo 4.9, trasferendo il tubo dalle siringhe primari alle siringhe secondari (Figura 6). Essere vigili che la pressione del fluido dal serbatoio nella siringa non provoca il passaggio del fluido nella siringa poiché questo potrebbe crollare giardino chimica. </li><li> Quando il trasferimento è completo, fissare con cura le siringhe secondari the pompa a siringa. </li><li> Riprogrammare la pompa a siringa per iniettare a 2 ml per ora, e colpito inizia a continuare l&#39;iniezione con la nuova soluzione iniettabile. </li><li> Gettare le siringhe per iniezione primarie. </li></ol> 6. Terminare l&#39;esperimento <ol><li> Fermare prima la pompa a siringa, quindi interrompere la registrazione del potenziale di membrana e salvare i dati. </li><li> Spegnere il flusso N 2 e rimuovere le linee e il Parafilm dai vasi di iniezione. </li><li> Se lo si desidera, la soluzione campione serbatoio o precipitare per ulteriori analisi. Per rimuovere con attenzione la soluzione di riserva e non disturbare il precipitato, utilizzare una pipetta da 25 ml per pipetta con cautela la soluzione serbatoio in diverse aliquote, e scartare la soluzione in un bicchiere di rifiuti. </li><li> Sganciare i vasi iniezione uno alla volta e versare la soluzione in un becher di trasferimento dei rifiuti nella cappa. Utilizzare DDH 2 O per sciacquare pezzi di precipitato. </li><li> Rimuovere le siringhe from la pompa a siringa, ed estrarli dal tubo, che il fluido iniezione supplementare scappare nel bicchiere trasferimento dei rifiuti. Svuotare le siringhe nel bicchiere rifiuti e smaltire le siringhe in un contenitore solfuro taglienti conservata nella cappa. </li><li> Rimuovere il tubo dalla fiala esperimento e smaltire in un sacchetto di rifiuti solidi. Uncrimp il sigillo e smaltire il setto, sigillo, e puntale. </li><li> Sciacquare l&#39;esperimento fiala di vetro e immergerlo in un 1 M HCl bagno acido O / N. (ATTENZIONE - vetreria che è stato in contatto con il solfuro di sodio rilascerà tossici H 2 S gas quando sono immessi in acido Tenere bagni acidi all&#39;interno della cappa..) </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>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

La formazione di una struttura chimica giardino tramite metodo di iniezione può essere realizzato interfacciamento qualsiasi due soluzioni contenenti ioni reattivi che producono un precipitato. Ci sono molti sistemi di reazione possibili che produrranno strutture precipitato e trovare la giusta ricetta di ioni reattivi e concentrazioni di coltivare un struttura desiderata è una questione di tentativi ed errori. La portata della soluzione di iniezione è controllata da una pompa a siringa programmabili e questo può anche ...

&quot;Giardini chimiche&quot; sono precipitati inorganici autoassemblanti sviluppati dove due fluidi chimiche contrastanti interagiscono 1,2. Queste strutture inorganiche autoassemblanti sono stati oggetto di interesse scientifico per oltre un secolo in parte a causa del loro aspetto biomimetica, e sono stati perseguiti numerosi studi sperimentali e teorici per comprendere i vari aspetti complessi e possibili funzioni dei sistemi giardino chimici 3. Esempi naturali di giardini chimiche includono minerali &quot;camino&quot; precipitati che crescono intorno sorgenti idrotermali e filtra, e si è sostenuto che queste potrebbero fornire ambienti plausibili per la vita di emergere 4. Per crescere un giardino chimica simulando un naturale sfogo idrotermale camino, una soluzione di riserva dovrebbe rappresentare una composizione oceano simulato e una soluzione per l&#39;iniezione dovrebbe rappresentare il fluido idrotermale che alimenta nell&#39;oceano. La versatilità di questo tipo oesperimento f per sistemi di reazione diversi permette la simulazione di quasi tutti oceano / idrotermale chimica dei fluidi proposti, compresi gli ambienti sulla Terra primordiale o su altri mondi. Sulla Terra primordiale, gli oceani sarebbero stati anossica, acido (pH 5-6), e avrebbe contenuto sciolto CO 2 atmosferica e Fe 2+, così come Fe III, Ni 2+, Mn 2+, NO 3- e NO 2-. Reazioni chimiche tra questa acqua di mare e l&#39;oceano ultramafiche crosta avrebbero prodotto un fluido idrotermale alcalina contenente idrogeno e metano, e in alcuni casi solfuro (HS -) 4-8. I camini formatisi in ambienti di sfogo alcalino primi della Terra potrebbero così potuto contenere ossidrossidi di ferro / ferrosi e solfuri di ferro / nichel, ed è stato proposto che questi minerali potrebbero aver servito particolari funzioni catalitiche e proto-enzimatica verso sfruttando geochimici redox / gradienti di pH a guidare l&#39;emergere di Metabolism 5. Allo stesso modo, su altri mondi come quello può ospitare (o possono aver ospitato) acqua / interfacce di roccia - come presto Marte, la luna di Giove, Europa, o della luna di Saturno Encelado - è possibile che la chimica dell&#39;acqua / roccia potrebbe generare ambienti di sfiato alcaline in grado di guida chimica prebiotica o anche fornendo nicchie abitabili per la vita esistente 5,9-11. L&#39;esperimento giardino chimica classica comporta un cristallo seme di un sale di metallo, ad esempio cloruro tetraidrato ferrosi FeCl 2 • 4H 2 O, immersi in una soluzione contenente anioni reattivi, ad esempio silicato di sodio o &quot;acqua di vetro&quot;. Le sale si sciolga metallo, creando una soluzione acida contenente Fe 2+ che si interfaccia con la soluzione più alcalino (contenente anioni silicato e OH -) e una membrana inorganica precipitato si forma. Le onde membrana sotto pressione osmotica, scoppia, poi ri-precipitati unt la nuova interfaccia fluida. Questo processo si ripete fino a quando i cristalli si dissolvono, con un conseguente orientato verticalmente, struttura precipitato auto-organizzato con morfologia complessa in entrambe le scale macro e micro. Questo processo comporta la precipitazione continua separazione delle soluzioni chimicamente contrastanti attraverso la membrana giardino chimico inorganico, e la differenza di specie cariche attraverso la membrana produce un potenziale di membrana 12-14. Strutture giardino Chemical sono complesse, esibendo gradienti compositivi dall&#39;interno all&#39;esterno 13,15-19, e le pareti della struttura mantengono separazione tra soluzioni contrastanti per lunghi periodi, pur rimanendo alquanto permeabili agli ioni. Oltre ad essere un esperimento ideale per scopi educativi (in quanto sono semplici da fare per le dimostrazioni in classe, e possono educare gli studenti circa le reazioni chimiche e di auto-organizzazione), i giardini chimici hanno un significato scientifico come rappresentazioni di auto-assembly in, lontano dall&#39;equilibrio sistemi dinamici, che coinvolge i metodi che possono portare alla produzione di materiali interessanti ed utili 20,21. Giardini chimici in laboratorio possono essere coltivate con metodi di iniezione, in cui la soluzione contenente uno ione precipitante viene iniettata lentamente nella seconda soluzione contenente lo ione co-precipitante (o ioni). Ciò provoca la formazione di strutture da giardino chimiche simili a quelle di esperimenti di crescita dei cristalli, tranne che le proprietà del sistema e il precipitato può essere meglio controllati. Il metodo di iniezione ha diversi vantaggi significativi. Essa permette di formare un giardino chimica utilizzando qualsiasi combinazione di precipitanti o costituite specie, cioè, più ioni precipitanti possono essere incorporati in una soluzione, e / o altri componenti non-precipitante può essere incluso in entrambe le soluzioni di adsorbimento / reagiscono con il precipitato . Il potenziale di membrana generato in un prodotto chimicogiardino sistema può essere misurata in un esperimento di iniezione se un elettrodo è incorporato all&#39;interno della struttura, permettendo così lo studio elettrochimico del sistema. Esperimenti iniezione offrono la possibilità di alimentare la soluzione iniettabile nell&#39;interno del giardino chimica per tempi controllati variando la velocità di iniezione o volume totale iniettato; è quindi possibile alimentare attraverso diverse soluzioni sequenza e utilizzare la struttura precipitato come una trappola o reattore. Queste tecniche combinate, consentono simulazioni di laboratorio dei processi complessi che potrebbero si sono verificati in un sistema di giardino sostanza chimica naturale in uno sfogo sottomarino idrotermale, tra cui un camino formata da molte reazioni di precipitazione simultanee tra oceano e sfiato fluido (ad esempio, la produzione di solfuri metallici, idrossidi e / o carbonati e silicati) 5,22. Queste tecniche possono anche essere applicati a qualsiasi sistema di reazione chimica giardino per consentire la formazione di nuovi tipidi materiali, ad esempio, tubi stratificati o tubi con adsorbite specie reattive 20,23. Abbiamo dettaglio qui un esperimento esempio che include la crescita simultanea di due giardini, Fe 2+ chimici -contenenti strutture in un ambiente anossico. In questo esperimento abbiamo incorporato tracce di polifosfati e / o amminoacidi nella soluzione iniezione iniziale per osservare il loro effetto sulla struttura. Dopo la formazione iniziale del giardino chimico abbiamo poi cambiato la soluzione per l&#39;iniezione di introdurre solfuro come precipitante anione secondario. Misure di potenziali di membrana sono stati effettuati automaticamente durante l&#39;esperimento. Questo protocollo descrive come eseguire due esperimenti in una sola volta con una pompa a doppia siringa; I dati riportati necessari più esecuzioni di questa procedura. Le relativamente elevate portate, basso pH delle concentrazioni serbatoio e reagenti impiegati nei nostri esperimenti sono progettati per formare precipitati grande camino in tempo scbirre adatte per esperimenti di laboratorio di un giorno. Tuttavia, le portate di fluido a sorgenti idrotermali naturali possono essere molto più diffuse e le concentrazioni di reagenti precipitante (ad esempio, Fe e S in un sistema di terra in anticipo) potrebbe essere un ordine di grandezza inferiore 4; quindi, precipitati strutturati formerebbero su scale temporali più lunghi e la bocca potrebbe essere attivo per decine di migliaia di anni 24,25.

<table><tbody><tr><td>Pompa a siringa</td><td>Fisher</td><td>14-831-3</td><td>Doppio o multicanale, a seconda del numero desiderato di esperimenti simultanei</td></tr><tr><td>Cloruro ferroso tetraidrato</td><td>Fisher</td><td>I90500</td><td>Cloruro ferroso tetraidrato (cristallino/certificato)</td></tr><tr><td>Cloruro ferrico esaidrato</td><td>Fisher</td><td>I88-100</td><td>Ferrico Cloruro&nbsp; Esaidrato&nbsp; (Grumi/ACS certificato)</td></tr><tr><td>Idrossido di sodio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>grado di reagente, &ge; 98%, pellet (anidro)</td></tr><tr><td>Solfuro di sodio nonaidrato</td><td>Fisher</td><td>S425212</td><td>Solfuro di sodio nonaidrato (cristallino/certificato ACS). Negozio a -20&nbsp; &#176;C. Aprire solo in un vano portaoggetti o in una cappa aspirante. Rilascia gas tossici H2S; Tutte le soluzioni contenenti solfuri devono essere conservate in un vano portaoggetti o in una cappa aspirante.</td></tr><tr><td>Pirofosfato di potassio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/322431?lang=en&amp; region=US">322431</a></td><td>97%</td></tr><tr><td>L-Alanine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a7627?lang=en&amp; region=US">A7627</a></td><td></td></tr><tr><td>Siringhe (10&nbsp; cc)</td><td>Fisher</td><td>14-823-16E</td><td>BD&commercio; Siringa con punte Luer-Lok (senza ago)</td></tr><tr><td>Aghi per siringa (16&nbsp; Fisher</td><td></td> <td>14-826-18B</td><td>BD&commercio; Aghi ipodermici per uso generale e PrecisionGlide, 16&nbsp; G x 1,5 pollici (38&nbsp; mm)</td></tr><tr><td>Tubi</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-06407-71</td><td>Tygon Lab Tubi, Non-DEHP, 1/16" ID x 1/8"</td></tr><tr><td>OD Guarnizioni in alluminio</td><td>Fisher</td><td>0337523C</td><td>Thermo Scientific&trade; Nazionale&commercio; Spazio di testa 20&nbsp; mm Guarnizioni a crimpare</td></tr><tr><td>Tappi butilici grigi</td><td>Fisher</td><td>0337522AA</td><td>Thermo Scientific&trade; Nazionale&commercio; 20&nbsp; mm Septa per fiale Headspace Flaconi</td></tr><tr><td>di siero</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>33110-U</td><td>Fiale, tappo a crimpare, flacone di siero, formato 100 ml, vetro trasparente, O.D. & H 51,7 mm & tempi; 94,5 millimetri. Per questi esperimenti, il fondo della bottiglia di siero deve essere tagliato.</td></tr><tr><td>Puntali per pipette</td><td>VWR</td><td>53511-682</td><td>puntali per pipette 0,5-10 &#956; l</td></tr><tr><td>Filo</td><td>McMaster-Carr</td><td>8073K661</td><td>Cavo solido a conduttore singolo, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 V c.a.</td></tr></tbody></table>

giardini chimici come flusso attraverso reattori simulando naturali idrotermali sistemi

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

Qui riportiamo simulazioni sperimentali della crescita di camini idrotermali utilizzando metodi chimici di iniezione da giardino. La versatilità di questo tipo di esperimento consente di testare varie sostanze chimiche dei fluidi oceanici / idrotermali che potrebbero aver guidato le reazioni verso l'origine della vita in ambienti sulla Terra primordiale, su Marte primordiale, o anche su altri mondi come le lune ghiacciate dei pianeti esterni. Mostriamo esperimenti che includono la crescita di strutture chimiche da giardino in condizioni anossiche che simulano la Terra primordiale, l'inclusione di tracce di fosfati / sostanze organiche nella soluzione di iniezione per incorporarli nella struttura, un interruttore della soluzione di iniezione per introdurre un anione precipitante secondario e la misurazione dei potenziali di membrana generati da giardini chimici. Utilizzando questo metodo, sono state formate strutture chimiche autoassemblanti da giardino che imitano i camini naturali precipitati nelle sorgenti idrotermali sottomarine, e questi precipitati possono essere utilizzati con successo come reattori a flusso continuo alimentandoli attraverso più iniezioni "idrotermali" successive.

Una volta che la soluzione iniettabile iniziato ad alimentare il serbatoio soluzione, un giardino precipitato chimico iniziato a formarsi l&#39;interfaccia fluida e questa struttura ha continuato a crescere nel corso dell&#39;iniezione (figure 4-7). Negli esperimenti riportati qui, la prima iniezione è idrossido di sodio (che può essere modificato per includere L-alanina e / o pirofosfato), e la soluzione era un serbatoio 1: 3 miscela di Fe 3+ / Fe 2+, ottenendo un misto -redox-Sta...

Descriviamo la formazione di giardini chimici tramite esperimenti di iniezione che consentono simulazioni di laboratorio di sistemi di giardini chimici naturali che si formano presso le bocche idrotermali sottomarine.

Giardini chimici come flusso attraverso Reattori simulando naturali idrotermali Sistemi

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

L'obiettivo generale del seguente esperimento è simulare camini naturali precipitati in corrispondenza di sorgenti idrotermali sottomarine della Terra primordiale, utilizzando esperimenti di giardino chimico per generare strutture autoriproducenti su piccola scala. Questo risultato si ottiene innanzitutto preparando due soluzioni: una soluzione simula la composizione dell'acqua di mare della Terra primordiale, mentre l'altra simula un fluido idrotermale alcalino prodotto da reazioni tra acqua e rocce.Successivamente, si allestisce un apparato in modo che il fluido di tipo idrotermale possa essere iniettato in un serbatoio contenente l'oceano simulato sotto un'atmosfera anossica. Come terzo passaggio, si posizionano degli elettrodi per misurare la tensione tra le soluzioni idrotermale e oceanica durante l'iniezione. Infine, la soluzione di tipo idrotermale viene iniettata lentamente alla base di un vial contenente la soluzione dell'oceano simulato, imitando il naturale percolamento del fluido delle bocche idrotermali fuori dalla crosta oceanica e nell'acqua di mare circostante.I risultati mostrano che un precipitato minerale si forma all'interfaccia tra l'oceano e le soluzioni idrotermali, sviluppandosi in una struttura autocomposita di giardino chimico simile a una sorgente idrotermale sottomarina. Le sorgenti idrotermali sono proprio come giardini chimici naturali. Sono state generate, secondo noi, sulla Terra circa 4,4 miliardi di anni fa, e sono costituite principalmente da solfuri di ferro e idrossidi di ferro, con una piccola quantità di silice.E si comportano come una pelle: si formano dove soluzioni alcaline risalgono negli oceani, che sono in qualche modo acidi. E all'interfaccia tra i due, precipitano questi minerali, come dicevo, con un aspetto simile a una pelle. In effetti, si potrebbero paragonare alla vita così come la conosciamo oggi.E così la vita tende ad avere un interno alcalino, come nel nostro caso, per esempio. E tende a preferire esterni piuttosto acidi. Voglio dire, potrei dire scherzosamente che a noi piace uno shampoo con pH 5,5.Ci piacciono le bibite gassate acide, per esempio. Ma ci piace anche assumere bevande alcaline per mantenerci in salute, poiché, in fin dei conti, il nostro interno è sano, proprio come i giardini chimici naturali. E ciò che abbiamo osservato oggi in laboratorio è il fatto che l'interno di questi giardini chimici è alcalino.L'esterno è acido. È in parte ossidato, e si verifica quanto segue: questi giardini chimici stabiliscono un gradiente chimico tra i due lati, gradienti chimici di pH e redox, che insieme raggiungono circa mezzo volt, ossia la quantità di energia elettrochimica necessaria per avviare la vita. Riteniamo che questa condizione fosse perfetta per innescare l'insorgenza della vita proprio in uno di questi giardini chimici sul fondo oceanico 4 miliardi di anni fa.Questo esperimento ci permette di simulare diverse condizioni planetarie come oceani, fluidi idrotermali e atmosfere, ma anche di simulare gli effetti del cambiamento di specifici parametri sperimentali e l'impatto che ciò avrà sul sistema. Inizialmente, stavamo studiando giardini chimici che crescevano direttamente da cristalli all'interno di provette, ma non eravamo in grado di misurare il potenziale della membrana perché non potevamo inserire un filo direttamente all'interno della membrana stessa. Per riuscire a farlo, abbiamo sviluppato un nuovo metodo.È un metodo di iniezione in cui abbiamo iniettato un simulante idrotermale nel fluido oceanico presente in un serbatoio. Ciò ci ha permesso di utilizzare un datalogger automatico per misurare il potenziale della membrana durante la crescita della membrana stessa. Coloro che sono alle prime esperienze con questo metodo potrebbero incontrare difficoltà nel far crescere giardini chimici ben strutturati e nel posizionare il virus nei punti adatti per la misurazione del voltaggio.Tuttavia, risolvendo i problemi, possono correggere tutti questi inconvenienti. Iniziare utilizzando un tagliavetro per rimuovere il fondo di una bottiglia di siero trasparente da 100 millilitri con chiusura a crimpare, da usare come flacone per iniezioni. Inoltre, procurarsi un setto da 20 millimetri, un sigillo a crimpare in alluminio da 20 millimetri e una punta di pipetta di plastica da 0,5 a 10 microlitri.Utilizzando un ago per siringa da 16 gauge, perforare con attenzione un foro al centro del setto, quindi rimuovere e smaltire l'ago nel contenitore appropriato per rifiuti taglienti. Successivamente, inserire la punta della pipetta nel foro lasciato dall'ago e spingere la punta attraverso il setto in modo che sporga dall'altro lato. Sigillare a crimpare il setto con la punta della pipetta sul contenitore di iniezione.Per creare un sigillo impermeabile, spingere ulteriormente la punta della pipetta attraverso il settimo in modo che sporga all'esterno. Quindi fissare un tubo trasparente, flessibile e resistente ai prodotti chimici, con un diametro interno di un sedicesimo di pollice, alla punta della pipetta. Far scorrere il tubo sulla punta della pipetta; per garantire un sigillo impermeabile, assicurarsi che il tubo sia abbastanza lungo da collegare la fiala di iniezione alla pompa per siringa.Successivamente, fissare le provette di iniezione su un supporto all'interno di una cappa aspirante in modo che l'iniezione avvenga dal fondo della provetta. Tagliare due spezzoni di filo isolato in modo che siano abbastanza lunghi da raggiungere dall'interno dei reattori al registratore di dati. Lasciare un po' di gioco nei fili per facilitarne il posizionamento.Successivamente, rimuovere circa tre millimetri di isolante dall'estremità di ciascun filo che sarà posizionata all'interno della provetta di reazione alle altre estremità. Questa verrà collegata ai puntali del multimetro. Rimuovere circa un centimetro di isolante dal filo e inserire un filo all'interno del giardino chimico, vicino all'apertura della punta della pipetta, per assicurare il contatto con la soluzione di iniezione, ma non così in profondità da ostruire il flusso di iniezione.Quindi fissare entrambe le estremità dei fili al loro posto utilizzando del nastro. Successivamente, posizionare il filo esterno in modo che entri in contatto con il serbatoio della soluzione, ma non con il precipitato del giardino chimico. Infine, collegare le estremità libere dei fili al registratore di dati per mantenere lo spazio di testa sopra il serbatoio della soluzione.E IC ha predisposto le linee del gas azoto. Suddividere l'alimentazione del gas da un serbatoio di azoto in diversi tubi in modo che ci sia un'alimentazione separata per ogni provetta di iniezione. Preparare 200 millilitri della soluzione serbatoio, nota anche come simulatore oceanico, per ogni provetta di reazione, facendo prima gorgogliare l'acqua deionizzata con gas azoto per circa 15 minuti ogni 100 millilitri.Questo garantisce che l'esperimento rimanga anaerobico per tutta la durata dell'iniezione. Quindi pesare e aggiungere 25 millimolari di ferro, due cloruro tetra e 75 millimolari di ferro. Tre cloruro esaidrato all'acqua.Mescolare delicatamente la miscela per sciogliere gli ioni senza introdurre ossigeno nella soluzione. Una volta sciolti gli ioni, riprendere immediatamente la leggera gorgogliamento della soluzione con gas azoto. Mentre si preparano le iniezioni, scegliere due qualsiasi delle soluzioni di iniezione primarie riportate nella tabella qui mostrata e preparare 10 millilitri di ciascuna soluzione.Quindi riempire una siringa da 10 millilitri fino al segno dei sette millilitri con ciascuna delle soluzioni, chiuderle con il tappo e metterle da parte. Successivamente, preparare 20 millilitri di solfuro di sodio 50 millimolare nella cappa come iniezione secondaria. Riempire due siringhe da 10 millilitri fino al segno dei sette millilitri con la soluzione, sostituire i tappi degli aghi e metterle da parte.Fissare le siringhe di iniezione principali su una pompa per siringhe programmabile posizionata all'interno della cappa chimica. Impostare la velocità di iniezione a un millilitro al minuto e accendere la pompa finché entrambe le siringhe iniziano a gocciolare nel becher di scarto. Quindi arrestare l'iniezione.Successivamente, inserire le siringhe contenenti acqua deionizzata nei due tubi di iniezione in plastica e iniettare in modo che l'acqua riempia i tubi trasparenti fino all'apertura in cui entrano nel serbatoio principale. Quindi posizionare le siringhe sul supporto sopra le provette di iniezione. Versare quindi con attenzione 100 millilitri della soluzione del serbatoio contenente ferro in ciascuna provetta.Creare con attenzione un sigillo ermetico sui flaconcini utilizzando il perfil e inserire un flusso di azoto in ciascun flaconcino. Regolare il flusso delle linee di gas azoto secondo necessità per mantenere l'esperimento in condizioni anossiche per tutta la durata delle iniezioni. Successivamente, avvicinare una alla volta le siringhe riempite d'acqua vicino alle siringhe per l'iniezione principale.Scivolare con attenzione il tubo di iniezione in plastica ed eseguire immediatamente il trasferimento direttamente su uno dei tubi di siringa per iniezione primaria, avendo cura di non perforare la parete del tubo. Impostare quindi la pompa per siringa a un flusso di due millilitri all'ora per tre ore e avviare contemporaneamente l'iniezione.Avviare la registrazione del potenziale di membrana. Arrestare la pompa a siringa dopo tre ore. Una volta formate le strutture del giardino chimico, rimuovere con attenzione le siringhe di iniezione primarie dalla pompa a siringa, ma lasciarle collegate al tubo in modo che le strutture non vengano perturbate.Posizionarli sul supporto ad un'altezza superiore al livello del liquido nelle provette, in modo che il liquido non refluisca nella siringa. Successivamente, fissare le siringhe per l'iniezione secondaria, che in questo caso contengono solfuro di sodio, alla pompa per siringhe ed eseguire la preparazione dell'ago fino a quando entrambe iniziano a gocciolare; smaltire la soluzione di solfuro in un contenitore speciale per rifiuti pericolosi. Quindi rimuovere le siringhe una alla volta dalla pompa per siringhe e trasferire il tubicino dalla siringa di iniezione primaria alla siringa contenente il solfuro di sodio.Riprogrammare la pompa per siringa per iniettare la soluzione a due millilitri all'ora e premere avvio per iniettare la soluzione di solfuro di sodio a questo regime per tre ore. Una volta che la soluzione di iniezione primaria viene immessa nella soluzione del serbatoio, inizia a formarsi un precipitato da giardino chimico all'interfaccia tra i fluidi, e questa struttura continua a crescere durante l'iniezione. Mediante microscopia elettronica a scansione ambientale, i precipitati primari formati in presenza di alanina apparivano più arrotondati e amorfi, mentre i precipitati di ossido-ossidrile di ferro puri, così come quelli contenenti pirofosfato, apparivano più cristallini dopo l'iniezione primaria. Il potenziale tendeva a raggiungere un picco immediatamente intorno a 0,45-0,55 volt, per poi diminuire per circa un'ora prima di stabilizzarsi intorno a 0,1-0,2 volt per il resto dell'iniezione primaria.Quando le siringhe primarie sono state sostituite con quelle secondarie contenenti solfuro di sodio, il giardino chimico ha continuato a crescere, ma le nuove formazioni visibili erano ora costituite da solfuro di ferro nero. Le porzioni di solfuro nero del giardino chimico sembravano diramarsi e crescere separatamente, anziché contribuire alle pareti esistenti. Non appena la soluzione di iniezione del solfuro ha raggiunto il giardino chimico, il potenziale della membrana è aumentato immediatamente a circa 0,9 volt.Esistono numerose combinazioni possibili di soluzioni che è possibile utilizzare per far crescere i propri giardini chimici. È inoltre possibile modificare la velocità di iniezione da una più rapida a una più lenta e passare dall'iniezione primaria a una secondaria in qualsiasi momento durante l'esperimento, purché la struttura del giardino chimico sia completamente formata. Le soluzioni di solfuro di sodio rilasciano gas solfuro di idrogeno, estremamente pericoloso.I contenitori aperti di solfuro di sodio e le soluzioni contenenti solfuro devono essere utilizzati all'interno di una cappa chimica e maneggiati seguendo le linee guida della scheda dei dati di sicurezza del materiale; sia le soluzioni usate che quelle inutilizzate devono essere smaltite come rifiuti pericolosi. Le strutture idrotermali che abbiamo appena visto crescere in laboratorio sono costituite da minerali porosi, fondamentalmente solfuri di ferro e idrossidi di ferro. E pensiamo che possano aver agito come catalizzatori per la vita primordiale, e presentano una struttura molto simile a quella dei catalizzatori e degli enzimi che ancora oggi troviamo persino nella nostra pelle.Questo esperimento può essere utilizzato per simulare diversi ambienti geologici, ma è applicabile anche nel campo della scienza dei materiali, poiché esiste un notevole interesse nell'apprendere come controllare la crescita di queste strutture autoassemblanti manipolando i parametri dell'esperimento, e forse anche per creare strutture e materiali che potrebbero agire come catalizzatori per diverse reazioni.

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

Research

Ricerca

JoVE Journal

Chemistry

Chimica

Dispositivi Millifluidic sono utilizzati per la sintesi controllata dei nanomateriali, analisi risolta nel tempo dei meccanismi di reazione e catalisi flusso continuo.

Millifluidics per sintesi chimica e risolte nel tempo meccanicistici Studies

Viene presentato un nuovo progetto di reattore, denominato bioreattore ad alta densità (HDBR), per la coltivazione e lo studio di comunità microbiche ad alta densità. Qui, l'HDBR viene applicato con successo in una configurazione di fotobioreattore (PBR) per lo studio del metabolismo dell'azoto da parte di una comunità di alghe miste ad alta densità.

Un bioreattore Novel per l&#39;alta densità di coltivazione diverse comunità microbiche

Chimica di flusso trasporta ambientali e vantaggi economici sfruttando la superiore di miscelazione, trasferimento di calore e di vantaggi economici. Qui, forniamo un progetto per trasferire processi chimici da batch in modalità flusso. La reazione di diphenyldiazomethane (DDM) con l'acido p- nitrobenzoico, condotte in batch e flusso, è stato scelto per la prova di concetto.

Chimica di flusso continuo: Reazione di Diphenyldiazomethane con l'acido p- nitrobenzoico

Un protocollo per lo screening di reazione organica utilizzando stop-flow micro-tubo (SFMT) reattori che impiegano reagenti gassosi e/o luce visibile mediata reazioni è presentato.

Utilizzo di reattori di Micro-tubo di fermata-flusso per lo sviluppo di trasformazioni organiche

Questo protocollo descrive gli esperimenti microbici sotto pressioni elevate per studiare i processi di biomining in situ. L'approccio sperimentale impiega un reattore ad alta pressione a dondolo dotato di una cellula di reazione oro-titanio contenente una coltura microbica in un mezzo acido ricco di ferro.

Utilizzo di celle di reazione oro-titanio flessibili per simulare l'attività microbica dipendente dalla pressione nel contesto del biomining del sottosuolo

La coltivazione ascia su scala bench facilita la caratterizzazione delle microalghe e l'ottimizzazione della produttività prima della successiva scalabilità del processo. I fotobioreattori forniscono il controllo necessario per esperimenti di microalghe affidabili e riproducibili e possono essere adattati per coltivare in modo sicuro le microalghe con i gas corrosivi (CO2, SO2, NO2) dalle emissioni di combustione municipale o industriale.

Coltivazione di microalghe e quantificazione della biomassa in un fotoreattore in scala di panca con gas di scarico corrosivo

Viene descritto un protocollo per utilizzare l'anidride carbonica nei gas di combustione delle centrali elettriche a gas naturale per coltivare microalghe in stagni di pista aperti. L'iniezione di gas di combustione è controllata con un sensore di pH e la crescita delle microalghe viene monitorata con misurazioni in tempo reale della densità ottica.

Accoppiamento della cattura del carbonio da una centrale elettrica con stagni semi-automatizzati Open Raceway per la coltivazione di microalghe

L'obiettivo di questo protocollo è quello di formare camini idrotermali simulati tramite esperimenti di iniezione chimica da giardino e introdurre un gradiente termico attraverso la membrana precipitata inorganica, utilizzando un condensatore stampabile in 3D che può essere riprodotto per scopi educativi.

Simulazione di camini idrotermali della Terra primordiale in un ambiente a gradiente termico

Viene presentato un dettagliato protocollo scalabile a flusso continuo per sintetizzare un fluoruro arilico da un'ammina arilica attraverso la reazione di Balz-Schiemann.

Un protocollo di reazione Balz-Schiemann scalabile in un reattore a flusso continuo

Questo protocollo descrive in dettaglio l'assemblaggio di array di mini-bioreattori da utilizzare per la coltura a flusso continuo di comunità fecali complesse in condizioni anaerobiche. Discutiamo anche i metodi per l'assemblaggio, l'inoculazione e il campionamento dei reattori per ulteriori analisi.

Assemblaggio di bioreattori per la coltura continua di comunità fecali complesse

I sistemi di trattamento delle zone umide costruite sono stati utilizzati per decenni per trattare le acque reflue, ma la loro applicazione per trattare le acque interessate dal processo delle sabbie bituminose è relativamente nuova. Per esplorare questo potenziale, viene delineata la progettazione di un mesocosmo a flusso superficiale e metodi sperimentali. Questo approccio mira a migliorare la nostra comprensione dei parametri chiave di progettazione e a migliorare l'efficacia del trattamento.

Progettazione di zone umide costruite su scala mesocosmica per il trattamento delle acque reflue

Scopri come simulare giardini chimici che imitano le ciminiere idrotermali sottomarine della Terra primordiale. Questo metodo permette di generare strutture auto-assemblanti e misurare i gradienti elettrochimici per studiare le origini della vita.

Giardini chimici come flusso attraverso Reattori simulando naturali idrotermali Sistemi

Esplora altri video