Name: ケミカル・ガーデンフロースルーリアクターのシミュレーション自然熱水系など (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 55 s
Description: 学ぶケミカル・ガーデンのシミュレーション手法。熱水噴出孔の自然煙突を再現し、電圧測定で膜電位を評価。地球初期の生命起源研究に貢献する実験技術を習得できます。

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この研究は、アメリカ航空宇宙局との契約に基づき、カリフォルニア工科大学のジェット推進研究所で行われました。NASAアストロバイオロジー研究所(Icy Worlds)の支援に感謝します。L.M.B.は、NASAとの契約を通じてオークリッジ関連大学が管理するNASAポスドクプログラムを通じてNAIによってサポートされています。J.E.N.は、米国教育省PR/Award #:シトラスカレッジを通じて管理P031C110019支援されました。NAI Thermodynamics, Disequilibrium, and Evolution Focus GroupおよびBlue Marble Space Institute of Scienceのメンバーとの有益な議論を認める。

1.安全性に関する注意事項<ol><li>化学流出やけがに対して防ぐために、個人用保護具（白衣、ゴーグル、ニトリル手袋、適切な靴）を使用します。注射器や針を使用して、手袋に穴を開けないように注意してください。二重蒸留H 2 O（のddH 2 O）で、最初の注入を行うことにより、リークするための装置を確認するために、および化学物質を添加する前に、スタンドに反応バイアルの安定性を確認するための実験のセットアップ時に注意してください。 </li><li>任意の化学庭のレシピで、この実験を行うが、私たちは深海通気口をシミュレートするために使用する反応物質の一つは、有害化学物質、硫化ナトリウムです。したがって、露出を防ぐために、ヒュームフードの内側に全体実験を行います。 <ol><li>ドラフト内で硫化ナトリウムのボトルを開き、硫化物を計量するためのヒュームフードの内側にバランスを置くだけです。常に彼らは有毒の H 2 Sガスを放出としてヒュームフード内部の硫化物含有溶液を維持し、またスルフィドを保ちますE液体、鋭利物、およびヒュームフード中の固形廃棄物容器。対象の他の反応物は、空気に暴露されると酸化鉄（II）のCl 2•4H 2 O、であるため、常に内、無酸素ソリューションを維持し、無酸素ヘッドスペース（ 例えば、N 2またはAr）の下で化学庭園を成長させるために注意してくださいヒュームフードまたはグローブボックス。 </li></ol></li></ol>インジェクション実験用2.セットアップ<ol><li>反転するとき、容器は大気に開放されて、なるようにガラスカッターでトップ血清ボトル（20ミリメートル圧着シール閉鎖型）を圧着100ミリリットル透明なガラスの下1cmに切断してガラス「注射用バイアル」を作成します。これらは再利用可能であるため、1 M塩酸酸性浴のO / Nでバイアルをきれいにしてから、新しい実験前のddH 2 Oでよくすすいで。 </li><li>注射用バイアル（ 図1）を準備します。 <ol><li> 20ミリメートルセプタム、20ミリメートルのアルミシールを圧着し、0.5〜10μlのプラスチックピペットチップを収集します。 16 GシリンジNEを使用してedleは、慎重に適切な鋭利物廃棄容器に針を除去し、廃棄した後、中隔の中央に穴を穿刺。 </li><li>バイアルのクリンプトップの内側に直面することになるゴム隔壁の側に、針の穴にピペットの先端を挿入します。それは他の側をつつくように、隔壁を通してピペット先端を押してください。 </li><li>圧着シールするピペットチップでセプタムを注入容器に水密シールを作るために。密封されたとき、それは外に突出するように、隔壁を通してさらにピペットチップを押してください。 </li><li> （チューブの長さは、シリンジポンプに注射バイアルから到達すべき）ピペットチップに1/16「内径明確な柔軟な耐薬品性チューブを貼付。防水シールのためにそれをスライドさせます。 注意：これは、16 G針で注射器によってもう一方の端から供給される注入管、となります。 </li><li>リークのチェック：チューブのもう一方の端に16 G針でのddH 2 Oを充填した10mLのシリンジを挿入（スムーズに直針にチューブをスライドさせ、チューブの壁に穴を開けないように注意してください）​​。ゆっくりのddH 2 Oにチューブを移動させて、反応容器の底部になるように注入します。その注射器/チューブ、チューブ/先端を確認し、クリンプシールは防水です。 </li></ol></li><li>注射はバイアルの底からフィードされるように、ヒュームフードでスタンドに注射用バイアルを固定します。 注：複数のバイアルを一度に設定し、別々のシリンジで同時に供給することができます。 </li><li>化学庭園の壁を越え膜電位を測定するための電極を設定します。常にリードが「内部」であるための化学庭園の「外側」である同じ規則を使用します。 <ol><li>マルチメータやデータロガーのリードに反応容器内から到達絶縁電線（例えば、銅）の長さをカットします。位置決めのためのワイヤのたるみを少し残して下さい。 </li><li>のストリップ〜3ミリメートル反応バイアルの内側に配置される端で裸線。マルチメータのリードに接続され、他の端部には、ストリップ線の約1 cmです。 </li><li>化学庭を横切って膜電位を測定するために、所定の位置にワイヤーを固定してください。化学園内行く線の場合：流体を容器に供給元となるピペットチップの開口部に挿入します。 </li><li>注射液との接触を確実にするために軽く、ワイヤを押しはなく、これまでのところ、それが噴射流を閉塞すること。外側ワイヤの場合：場所それは、液溜めとではなく、化学的な庭の沈殿物と接触するようにします。 </li><li>テープまたはそれ以外の場合は、実験（ 図2）中に注射バイアル内を移動できないようにワイヤを固定します。 </li><li>マルチメータへの配線の他端を接続し、それらの端部はまた、実験を通して移動しないように、ワイヤを固定します。 </li></ol></li><li> N 2を設定します </それぞれが注射用バイアルの1に供給されますサブ&gt;ガスライン。 <ol><li>各注射バイアル用に1個のN 2供給があるように、いくつかのチューブにN 2源からのガス供給を分割します。 </li><li>それは注射用バイアルの1のヘッドスペースに供給されるように、それぞれのN 2のチューブを置きます。 </li></ol></li></ol>ケミカルガーデン成長のためのソリューションの調製<ol><li>各実験のための貯蔵溶液、100ミリリットルを準備します。注：この例では、沈殿させる陽（ 表1）のように75 mMの鉄2+および25mMのFe 3+を使用しています。 <ol><li>最初の100ミリリットル当たり〜15分間、N 2ガ ​​スとのddH 2 Oを通気することにより無酸素のソリューションを作成します。 </li><li> （酸素を導入しないしないように積極的になるように）を計量し、溶解するために静かに攪拌し、のFeCl 2•4H 2 OとのFeCl 3•6H 2 Oを追加します。 </li><li>試薬が溶解した後、直ちにRESUMN 2ガ ​​スでのFe 2+ /鉄3+ソリューションの電子光バブリング注射が用意されています。 </li></ol></li><li> 表1に示した第一の注射溶液のいずれか2つを選択し、各10mlのを準備します。溶液のそれぞれで7ミリリットルマーク（各ソリューションのための1つの注射器）に10ミリリットルの注射器を埋めます。針のキャップを交換して、脇に置きます。 </li><li>二次注射液（硫化ナトリウム-注意）20mlの準備をします。 表1に示すが針キャップを交換して、脇に置き、この溶液を7ミリリットルマークへの2つの10ミリリットル注射器を埋めます。必ずドラフト内で硫化物含有溶液と注射器を保持します。 </li><li>ステップ2.2.5からのddH 2 Oシリンジを補充。これらは、注入管をフラッシュするために使用されます。 </li></ol> 4.プライマリ注入の開始<ol><li>膜電位測定のための所望のデータロガーを使用します。 separatに各実験の電位を測定Eチャネル、およびデータポイント（例えば、2時間の注入のために、潜在的な30秒毎に記録することは十分であろう）の所望の量を与えるためにスキャンレートを設定します。 </li><li>ヒュームフード内でプログラム可能なシリンジポンプの主要な注射器を固定します。 </li><li>しずくをキャッチし、注射器の両方をビーカーに滴下し始めるまで、速い速度で注入するようにシリンジポンプを設定するために、廃棄物のビーカーを使用してください。次に（2つのシリンジがまったく同じレベルで注入し始めることを確実にするために）注入を停止します。 </li><li>シリンジポンプが時間ごとに2 mlで注入するように再プログラム（使用されている注射器のタイプのキャリブレーション）が、開始をヒットしません。 </li><li> 2プラスチック射出管にのddH 2 O注射器を挿入し、水が、それは主タンクに入る開口部への明確なチューブアップを満たすように注入します。注射用バイアルの上に、スタンドに注射器を置きます。 </li><li> EAへのFe 2+ /鉄3+リザーバー溶液100mlを注ぎますCHバイアル。 </li><li>注射の間、実験の無酸素を維持するために所望のようにN 2ガ ​​スラインの流量を調整します。 </li><li> （パラフィルムを使用して、 例えば 、;ガラス越しに眺めを邪魔しない）慎重に気密シールを有するリザーバーバイアルをカバーし、各バイアル（ 図3）内にN 2フィードを挿入します。 </li><li> ddH 2 Oシリンジ（まだチューブに挿入された）次の下に主要な注射器を持参してください。慎重のddH 2 Oの注射針からプラスチック射出チューブをスライドさせて、すぐに主要な注射器の針の上に直接転送します。 （チューブの壁に穴を開けないように注意してください。） </li><li>注入を開始し、膜電位の記録を開始します。 </li></ol> 5.二次噴射の開始： <ol><li>化学庭の構造が形成された後、（6ミリリットルを注入された後）3時間後にシリンジポンプに停止ヒット（Figu）4再度、継続的に膜電位を生成する（ 図5）。 </li><li>慎重にシリンジポンプからの一次注射器を取り外します（しかし、構造が乱されていないので、チューブに接続されたそれらを残します）。流体が戻ってシリンジ内に流れることができないように、バイアル内の流体のレベルより上のスタンドに設定してください。 </li><li>シリンジポンプに二次噴射硫化注射器を固定し、ステップ4.3と4.4を繰り返します。 </li><li>シリンジポンプから一度に二次注射器1を削除し、バイアル内の流体のレベルを超えて注射器を保持しながら、繰り返しステップ4.9、二次注射器（ 図6）に、一次注射器からチューブを移します。シリンジ内にリザーバからの流体の圧力が、これは化学庭を折りたたむことができ、流体をシリンジに逆流させないことを警戒します。 </li><li>転送が完了すると、慎重に目に二次注射器を固定しますEシリンジポンプ。 </li><li>再プログラムシリンジポンプは、時間ごとに2 mlで注入し、新しい注射液を注入を継続し始めるヒットします。 </li><li>安全第一の注射器を処分。 </li></ol> 6.実験の終了<ol><li>まず、シリンジポンプを停止し、その後膜電位の記録を停止し、データを保存します。 </li><li> N 2流量をオフにして、注入容器からのラインとパラフィルムを除去します。 </li><li>所望であれば、貯蔵溶液を試料またはさらなる分析のために沈殿させます。慎重に貯蔵溶液を除去し、沈殿を乱さないために、慎重にいくつかのアリコートにリザーバー溶液をオフにピペットし、廃棄物のビーカー内の溶液を捨て、25 mlピペットを使用しています。 </li><li>注入容器を一つずつアンクランプし、ドラフト内の廃転送ビーカーにソリューションを注ぎます。沈殿物の作品をすすぐためのddH 2 Oを使用してください。 </li><li>あちこちに注射器を取り外しシリンジポンプをM、および廃棄物の転送ビーカーに流出余分な注入流体をさせる、チューブからそれらを抽出します。廃棄物のビーカーに注射器を空にし、換気フード内に保持硫化鋭利物容器にシリンジを処分。 </li><li>実験バイアルからチューブを外し、固形廃棄物の袋に廃棄してください。シールをUncrimpおよび隔壁、シール、およびピペットチップを処分。 </li><li>ガラス実験バイアルをすすぎ、1MのHCl酸浴、O / Nでそれを浸します。 （注意-酸に置かれたときに毒性のH 2 Sガスを放出する硫化ナトリウムと接触したガラス製品ヒュームフード内部の酸浴をしてください。） </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>

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

注入法による化学ガーデン構造の形成は、沈殿物を生成する反応性イオンを含有する任意の二つの溶液をインターフェースすることによって達成することができます。沈殿物の構造を生成し、所望の構造を成長させる反応性イオン及び濃度の右のレシピが試行錯誤の問題で見つけるだろう多くの可能な反応系があります。注射液の流量は、プログラム可能なシリンジポンプによって制御され、これはまた、天然のシステム中の流体の流れの異なる速度をシミュレートするための実験の間で変化させることができます。化学庭の構造、組成および流量を含む多くの要因に依存し、それは数時間のように数日から数週間の長期間にわたって、わずかに構造体を成長させることが可能です。 1つはまた、このような有機分子や地質学的または生物学的に関連すると考えられ、他の構成要素として、注射又はリザーバ溶液中に関心のある他の微量成分を追加することができます&lt;SUP&gt; 27,28。化学的性質に応じて、これらのコンポーネントは、沈殿物に組み込まれ、および/または反応を受けることができます。 ここで30,31取り上げたもののような結晶また...

「化学の庭園」は対照的な化学の二つの流体1,2を相互に作用開発した自己組織化無機沈殿物があります。これらの自己集合無機構造が部分的に彼らのバイオミメティック外観世紀以上のための科学的関心の対象とされてきた、多くの実験的および理論的研究は、化学ガーデンシステム3の様々な複雑な側面と可能な機能を理解するために追求されました。化学庭園の自然な例は、水熱スプリングとSEEPSの周りに成長ミネラル&quot;煙突&quot;析出物が挙げられ、これらは4をemergeする生活のためのもっともらしい環境を提供することができると主張されてきました。自然の熱水噴出孔の煙突をシミュレートする化学庭を成長させるために、リザーバー溶液は、シミュレートされた海の組成と海にフィード水熱流体を表すべきで注射液を表している必要があります。このO型の汎用性異なる反応系にF実験は、初期地球上または他の世界の環境を含む、ほぼすべての提案海/熱水化学のシミュレーションを可能にします。初期地球上では、海洋は無酸素、酸性（pHは5-6）であったであろう、とだけでなく、鉄III、ニッケル2+、Mnの2+、NO 3 -を溶解大気中のCO 2とFe 2+を含有していただろう、およびNO 2 - 。この海水と超苦海洋地殻の間の化学反応は、水素とメタンを含むアルカリ水熱流体を生成し、場合によって硫化（HS - ）でただろう4-8。初期地球で形成された煙突はアルカリベント環境は、このように、第二鉄/鉄オキシ水酸化鉄/ニッケル硫化物が含まれている可能性があり、それはこれらの鉱物が駆動する地球化学的酸化還元/ pH勾配を利用するに向かって、特定の触媒とプロト酵素機能を果たしている可能性があることが提案されていますmetaboliの出現SM 5。同様に、そのような他の世界がホストすることができる上（またはホストされている場合があります）水/岩石インターフェース - それは水/岩化学組成が可能なのアルカリベント環境を生成することが可能である - このような初期の火星、木星の月のヨーロッパ、または土星の月エンケラドスなどプレバイオティクスの化学反応を駆動、あるいは現存する生命5,9-11のための居住ニッチを提供します。 古典的な化学庭実験は、金属塩の種結晶は、反応性陰イオンを含有する溶液中に浸漬、例えば塩化第一鉄四水和物のFeCl 2•4H 2 O、 例えば 、ケイ酸ナトリウムまたは「水ガラス」を包含する。よりアルカリ性溶液とのインタフェースのFe 2+を含む酸性溶液を生成する金属塩の溶解は、（ケイ酸アニオンを含有するOH - ）と無機膜の沈殿物が形成されています。浸透圧の下で膜が膨潤し、バーストは、その後、再沈殿新しい流体界面をtは。結晶が溶解するまで、このプロセスは、両方のマクロおよびミクロスケールで複雑な形態を有する垂直に配向し、自己組織沈殿物構造を生じる、繰り返します。無機化学の庭の膜を横切って化学的に対照的な解決策の継続的な分離、および膜を横切る荷電種の違いでこの沈殿プロセスの結果は、12〜14、膜電位をもたらします。化学庭の構造は、外部13,15-19に内部から組成勾配を示す、複雑であり、イオンに幾分透過性を維持しながら構造の壁は長時間対照的なソリューション間の分離を維持します。 （彼らは教室のデモンストレーションのために作ることが簡単であり、化学反応や自己組織化について学生を教育することができますように）教育目的のための理想的な実験であることに加えて、化学的な庭園は、自己assembの表現としての科学的な意義を持っていますLYは、ダイナミック、遠から平衡システムでは、興味深く、有用な材料20,21の産生をもたらすことができる方法を含みます。 実験室での化学庭園はまた、1種の沈殿イオンを含む溶液をゆっくりと共沈イオン（またはイオン）を含む第二の溶液中に注入され、注入法によって成長させることができます。これは、システムの性質と沈殿物がより良好に制御することができることを除いて、結晶成長実験と同様の化学庭構造の形成をもたらします。注入法は、いくつかの重要な利点を有します。これは、一つの沈殿または組み込ま種の任意の組み合わせを用いて化学庭を形成することができ、すなわち、複数の沈殿イオンが一つの解決策に組み込むことができ、および/ ​​または他の非沈殿成分が/吸着するか、溶液中に含めることができるが、沈殿物と反応。化学的に生成された膜電位電極は、構造体の内部に組み込まれている場合庭システムは、このように、システムの電気化学的研究を可能にする、注入実験で測定することができます。注入実験は、噴射率や総注入量を変えることによって制御された時間枠のための化学園の内部に注射液を供給するための能力を提供します。それは、異なる溶液を順次介して供給し、トラップまたは反応器として沈殿した構造体を使用することが可能です。組み合わせることで、これらの技術は、海との間には多くの同時沈殿反応から形成され、金属硫化物を生成する流体（ 例えば、通気煙突を含む、海底熱水噴出孔での自然な化学物質の庭のシステムで発生している可能性が複雑なプロセスの実験室シミュレーション、水酸化物を可能に、および/ ​​または炭酸塩およびケイ酸塩）5,22。これらの技術はまた、新しいタイプの形成を可能にするために、任意の化学庭の反応系に適用することができ吸着反応種20,23を有する材料、 例えば、層状のチューブまたはチューブの。 ここでは私たちの詳細無酸素環境での構造を含有する2つの化学庭園、鉄2+の同時成長を含んでいる実験例。この実験では、構造体への影響を観察するために最初の注射溶液にポリリン酸および/またはアミノ酸の微量を組み込みました。化学庭の初期形成した後、私たちは、二次沈殿アニオンとして硫化物を導入するために注射液を切り替えます。膜電位の測定は、実験を通して自動的に行われました。このプロトコルは、一度、デュアルシリンジポンプを用いて2つの実験を実行する方法について説明します。データは、この手順に必要な複数の実行を示します。比較的高い流量、我々の実験で用いられるリザーバと反応物質濃度の低いpHは大きな煙突を形成するように設計されている時間の皮下に析出1日の実験室での実験に適したエール。しかし、天然の水スプリングにおける流体の流量はより拡散することができ、（初期の地球システムにおいて、例えば、FeおよびS）の反応物を沈殿させるの濃度は、より低い大きさ4の順であってもよいです。このように、構造化された析出物は、より長い時間スケールの上に形成することになるとベントは数十年24,25の数千のためにアクティブである可能性があります。

<table><tbody><tr><td>シリンジポンプ</td><td>フィッシャー</td><td>14-831-3</td><td>デュアルまたはマルチチャンネル、同時実験の希望数に応じて</td></tr><tr><td>塩化第一鉄四水和物</td><td>フィッシャー</td><td>I90500</td><td>塩化第一鉄四水和物 (結晶性/認証)</td></tr><tr><td>塩化第二鉄六水和物</td><td>フィッシャー</td><td>I88-100</td><td>フェリック&nbsp;塩化物&nbsp;ヘキサハイドレート&nbsp;(ランプ/認定ACS)</td></tr><tr><td>水酸化ナトリウム</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>試薬グレード、&ge;98%、ペレット(無水)</td></tr><tr><td>硫化ナトリウム非水和物</td>フィ<td>ッシャー</td><td>S425212</td>硫<td>化ナトリウム非水和物(結晶性/認定ACS)。-20&nbsp; で保存&#176;C.グローブボックスまたはドラフトでのみ開きます。有毒なH2Sガスを放出します。すべての硫化物含有溶液は、グローブボックスまたはドラフトに保管する必要があります。</td></tr><tr><td>ピロリン酸カリウム</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-アラニン</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>シリンジ (10&nbsp;cc)</td><td>フィ</td><td>ッシャー14-823-16E</td><td>BD&trade;ルアーロックチップ付きシリンジ(針なし)</td></tr><tr><td>シリンジ針(16&nbsp;ゲージ)</td><td>フィ</td><td>ッシャー14-826-18B</td><td>BD&trade;一般的な使用とPrecisionGlide皮下注射針、16&nbsp;G x 1.5 インチ(38&nbsp;mm)</td></tr><tr><td>チューブ</td><td>コールパー</td><td>マーEW-06407-71</td><td>タイゴンラボチューブ、非DEHP、1/16 "ID x 1/8"</td></tr><tr><td>ODアルミシールフィ</td><td>ッシャー0337523C</td><td></td><td>サーモサイエンティフィック&trade;ナショナル&トレード;ヘッドスペース 20&nbsp;mmクリンプシール</td></tr><tr><td>グレーブチルストッパーフィ</td><td>ッシャー0337522AA</td><td></td><td>サーモサイエンティフィック&トレード;ナショナル&トレード;20&nbsp;ヘッドスペースバイアル用mmセプタム</td></tr><tr><td>血清ボトル</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>33110-U</td><td>バイアル、クリンプトップ、血清ボトル、サイズ 100 ml、透明ガラス、O.D. &times;高さ51.7ミリメートル&times;94.5ミリメートル。これらの実験では、血清ボトルの底を切り落とす必要があります。</td></tr><tr><td>ピペットチップ</td><td>VWR</td><td>53511-682</td><td>ピペットチップ 0.5-10 &#956;l</td></tr><tr><td>ワイヤー</td><td>McMaster-Carr</td><td>8073K661</td><td>単線単線、UL 1007/1569、20 AWG、300 VAC</td></tr></tbody></table>

ケミカル・ガーデンフロースルーリアクターのシミュレーション自然熱水系など

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

ここでは、インジェクションケミカルガーデン法を用いた熱水チムニーの成長の実験的シミュレーションを報告します。このタイプの実験の多様性により、初期の地球、初期の火星、さらには外惑星の氷の衛星などの他の世界の環境で生命の起源に向けた反応を引き起こした可能性のある、さまざまな提案された海洋/熱水流体の化学的性質の試験が可能になります。初期地球を模した無酸素条件下でのケミカルガーデン構造の成長、リン酸塩/有機物の微量成分を注入液に含めて構造に組み込むこと、注入液を切り替えて二次沈殿アニオンを導入すること、ケミカルガーデンが生成する膜電位の測定などの実験を行っています。この方法により、海底熱水泉に沈殿する天然の煙突を模倣した自己組織化化学庭園構造が形成され、これらの沈殿物は、連続して複数回の「熱水」注入を通じて供給することにより、フロースルー反応器としてうまく利用することができます。

注射液は、貯蔵溶液に供給し始めたら、化学庭の沈殿物が液体の界面に形成し始め、この構造体は、注射（ 図4-7）の過程で成長し続けました。ここで報告する実験では、最初の注入は、（L-アラニンおよび/ ​​またはピロリン酸を含むように修飾することができる）の水酸化ナトリウムとし、リザーバー溶液は、1：ミックスを得たFe 3+ / 2+のFe 3混合物-redox状態オキシ水酸化鉄の沈殿物。化学庭園は、通常、二重着色された形態を示した-沈殿物のいくつかの作品は（おそらく主に鉄3+ -oxyhydroxide /酸化物を示す）（おそらく混合オキシ水酸化物を示す）濃い緑と他の部分がオレンジ色でした。化学庭園オキシ水酸化鉄はかなり堅牢な構造であり、リザーバー溶液を注入した後、容器から取り出したとき、多くの場合、直立したまますることができました（FIグレ8）。 Feのみ - オキシ水酸化を含む沈殿物において、化学庭園は典型的には、いくつかの枝を形成し;しかし、疎水性アミノ酸のアラニンが注射液に含まれていたときに、化学的庭...

私たちは、海底の熱水噴出孔で形成される自然の化学庭園システムの実験室シミュレーションを可能にする注射実験を通じて、化学庭園の形成を記述します。

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

本実験の全体的な目的は、ケミカルガーデン実験を用いて、初期地球の海底熱水噴出孔で沈殿した天然のチムニーを模倣し、自己組織化構造を小規模に生成することである。これは、まず2種類の溶液を調製することで達成される。一方の溶液は初期地球の海水組成を模倣したものであり、もう一方は水―岩石反応によって生成されるアルカリ性熱水流体を模倣したものである。次に、熱水のような流体を、無酸素雰囲気下の模擬海洋リザーバーに注入できるように装置を設置します。第3のステップとして、注入中の熱水溶液と海洋溶液の間の電圧を測定するための電極を設置します。最後に、熱水様溶液を模擬海洋溶液を含むバイアルの底部からゆっくりと注入し、熱水噴出孔の流体が海洋地殻から周囲の海水へと自然に浸出した状態を再現します。結果は、海洋と熱水溶液の界面で鉱物の沈殿が形成され、それが天然の海底熱水噴出孔に似た自己組織化化学庭園構造へと発展することを示しています。熱水噴出孔は、天然の化学庭園のようなものです。地球上では約44億年前に生成されたと考えられており、その大部分は硫化鉄と水酸化鉄で構成され、少量のシリカが含まれています。そして、それらは皮膜のような挙動を示します。アルカリ溶液が、やや酸性である海洋へと湧き出た場所に生成されます。そして、その2つの界面において、前述の通り皮膜のように見えるこれらの鉱物が沈殿します。実際、これらは私たちが今日知っている生命になぞらえることができるでしょう。例えば、私たちと同様に、生命の内部はアルカリ性である傾向があります。一方で、外部は酸性を好む傾向にあります。言い換えれば、少し軽率な言い方かもしれませんが、私たちはpH 5.5のpHシャンプーを好むということになります。例えば、私たちは酸性の炭酸飲料を好みます。しかし同時に、健康を維持するためにアルカリ性の飲料を摂ることも好みます。結局のところ、私たちの体内は、天然のケミカルガーデンのように健康的だからです。そして、今日ラボで確認したのは、これらのケミカルガーデンの内部がアルカリ性であるという事実です。外部は酸性です。ある程度酸化が進んでおり、これらのケミカルガーデンによって2つの領域間に化学的な勾配、すなわちpHと酸化還元電位の化学勾配が生じます。それらが合わさると約0.5 Vとなり、これは生命を駆動させるのに必要な電気化学的エネルギー量に相当します。私たちは、40億年前の海底にあったこうしたケミカルガーデンのひとつにおいて、生命が誕生するためにちょうど適切な条件であったと考えています。この実験では、海洋、熱水流体、大気などの異なる惑星条件をシミュレートできるだけでなく、特定の実験パラメータを変更した際の効果がシステムにどのような影響を与えるかをシミュレートすることも可能です。当初、私たちは試験管内の結晶から直接成長するケミカルガーデンを研究していましたが、膜の内部に直接電線を挿入することができなかったため、膜電位を測定することができませんでした。そこで、これを実現するために、私たちは新しい手法を開発しました。これは、リザーバー内の海洋流体に熱水シミュラントを注入する方法です。これにより、自動データロガーを使用して、膜の成長に伴う膜電位を測定することが可能になりました。この手法に不慣れな方は、構造の整ったケミカルガーデンを成長させることや、電圧測定のためにウイルスを適切な位置に配置することに苦労する可能性があります。しかし、トラブルシューティングを行うことで、これらの問題はすべて解決できます。まず、グラスカッターを使用して、100 milliliterの透明なガラス製クリンプトップ・セラムボトルをカットし、底面を取り除いてインジェクションバイアルとして使用できるようにします。あわせて、20 millimeterのセプタム、20 millimeterのアルミニウムクリンプシール、および0.5 to 10 microliterのプラスチック製ピペットチップを用意します。16ゲージの注射針を用いて、セプタムの中央に注意深く穴を開け、その後、針を取り出して適切な鋭利物廃棄容器に廃棄します。次に、ピペットチップを針の穴に挿入し、セプタムを通り抜けて反対側から突き出るまで押し込みます。ピペットチップを挿入した状態で、注入容器のセプタムをクリンプシールで密閉します。気密シールを確実にするため、ピペットチップをセプタムにさらに深く押し込み、外側に突き出るようにします。次に、内径1/16インチの透明で柔軟性があり、耐化学薬品性のあるチューブをピペットチップに取り付けます。チューブをピペットチップに沿って上にスライドさせます。水密シールを形成するために、チューブが注入バイアルからシリンジポンプまで届く十分な長さであることを確認してください。次に、注入用バイアルをドラフトチャンバー内のスタンドに固定し、バイアルの底部から液体が供給されるようにします。反応容器内部からデータロガーまで届く十分な長さになるよう、絶縁電線を2本カットします。配置調整のために、電線には少し余裕を持たせておいてください。次に、反応バイアル内部に配置する各電線の端から約3 mmの絶縁被覆を剥きます。反対側の端はマルチメーターのリード線に接続します。また、電線の一方を約1 cm剥き、注入溶液との接触を確実にするため、ピペットチップの開口部に近い化学庭の内部に挿入します。ただし、注入の流れを妨げない位置に留めてください。次に、テープを用いてワイヤーの両端を固定します。その後、外側のワイヤーを、化学庭の沈殿物には触れず、溶液リザーバーにのみ接触するように配置します。最後に、溶液リザーバー上のヘッドスペースを確保しながら、ワイヤーの自由端をデータロガーに接続します。ICは窒素ガスラインを設置します。窒素ソースタンクからのガス供給を複数のチューブに分割し、各注入バイアルに1つの供給口があるようにします。まず、脱イオン水を100 mLあたり約15分間窒素ガスでバブリングし、各反応バイアル用に、海洋シミュラントとしても知られるリザーバー溶液を200 mL準備します。これにより、注入の間、実験系が絶えず無酸素状態に保たれます。次に、25 mMの塩化鉄(II)および75 mMの塩化鉄(III)六水和物を量り取り、水に加えます。混合液に酸素を混入させないよう、ゆっくりとかき混ぜてイオンを溶解させます。イオンが溶解した後、直ちに窒素ガスによる溶液への緩やかなバブリングを再開してください。注入準備を行う間に、ここに示す表から主要な注入溶液を2種類選択し、それぞれの溶液を10 milliliters調製します。次に、10 mLシリンジに各溶液を7 mLの目盛りまで満たし、キャップをして置いておきます。続いて、2次注入用として、ドラフトチャンバー内で50 mM 硫化ナトリウム溶液を20 mL調製します。2本の10 mLシリンジにこの溶液を7 mLの目盛りまで満たし、ニードルキャップを閉じて置いておきます。ドラフトチャンバー内に設置したプログラマブルシリンジポンプに、一次注入用シリンジを固定します。注入速度を1 mL/minに設定し、両方のシリンジから廃棄ビーカーへ液滴が垂れ始めるまでポンプを作動させます。その後、注入を停止します。次に、脱イオン水を入れたシリンジを2本のプラスチック注入チューブに挿入し、水がメインリザーバーに入る開口部まで透明チューブを満たすように注入します。その後、シリンジを注入バイアルの上のスタンドに置きます。そして、鉄を含むリザーバー溶液100 millilitersを各バイアルに注意深く注ぎます。パーフィルを用いてバイアルを慎重に気密封止し、各バイアルに窒素供給ラインを挿入します。注入期間中、実験系を無酸素状態に維持するため、窒素ガスラインの流量を適宜調整してください。次に、水で満たしたシリンジを1本ずつ、一次注入用シリンジの隣に移動させます。プラスチック製の注入チューブを慎重にずらして外し、すぐに一次注入用シリンジの針のいずれかに直接装着します。この際、チューブの壁を突き刺さないよう注意してください。次に、シリンジポンプを2 mL/hで3時間作動するように設定し、同時に注入を開始します。膜電位の記録を開始します。3時間後、シリンジポンプの停止ボタンを押します。ケミカルガーデン構造が形成されたら、構造を乱さないよう、プライマリ注入シリンジをチューブに接続したまま、慎重にシリンジポンプから取り外します。液がシリンジ内に逆流しないよう、バイアル内の液面よりも高い位置にあるスタンドに設置します。次に、今回では硫化ナトリウムを含む二次注入用シリンジをシリンジポンプに固定し、両方が滴下し始めるまでニードルのプライミングを行います。硫化物溶液は専用の有害廃棄物容器に廃棄してください。その後、シリンジポンプからシリンジを1本ずつ取り外し、一次注入用シリンジのチューブを硫化ナトリウム含有シリンジへと移し替えます。シリンジポンプを再設定し、溶液を2 mL/hで注入するように設定してスタートボタンを押し、硫化ナトリウム溶液をこの速度で3時間注入します。一次注入溶液がリザーバー溶液に供給されると、流体界面にケミカルガーデン沈殿が形成され始め、この構造は注入期間中に環境走査電子顕微鏡下で成長し続けます。アラニン存在下で形成された一次沈殿は、より丸みを帯びた無定形に見えましたが、一方で純粋なオキシ水酸化鉄の沈殿およびピロリン酸を含む沈殿は、一次注入後に、より結晶性が高い様子を示しました。電位は直ちに0.45～0.55 V付近でピークに達する傾向があり、その後約1時間かけて減少し、一次注入の残りの期間は0.1～0.2 V付近で安定しました。一次シリンジを硫化ナトリウムを含む二次シリンジに切り替えると、化学庭の成長は継続しましたが、新たに視認できる成長部分は黒色の硫化鉄となりました。化学庭の黒色硫化物部分は、既存の壁に寄与するのではなく、分岐して個別に成長するように見えました。硫化物注入溶液が化学庭に到達するとすぐに、膜電位は約0.9 voltsまで即座に跳ね上がりました。化学庭を成長させるために使用できる溶液の組み合わせは数多く存在します。また、化学庭の構造が完全に形成されていれば、実験中のいつでも、注入速度を速い速度から遅い速度に変更したり、一次注入から二次注入に変更したりすることが可能です。硫化ナトリウム溶液からは極めて危険な硫化水素ガスが発生するため、注意してください。開封済みの硫化ナトリウム容器および硫化物含有溶液は、必ずドラフトチャンバー内で使用し、化学物質等安全データシート（MSDS）のガイドラインに従って取り扱わなければなりません。使用済みおよび未使用の溶液はすべて、有害廃棄物として廃棄する必要があります。ラボで育成させたばかりの熱水噴出孔は、多孔質鉱物、基本的には硫化鉄と水酸化鉄で構成されています。これらは初期生命の触媒として機能したと考えられており、その構造は、現代の私たちの皮膚に存在する触媒や酵素とも非常に似ています。本実験は、さまざまな地質学的環境のシミュレーションに使用できるだけでなく、材料科学の観点からも適用可能です。なぜなら、実験パラメータを操作することで、これらの自己組織化構造の成長を制御する方法を解明することに強い関心が寄せられているほか、さまざまな反応の触媒として機能しうる構造や材料の創出への応用も期待されるためです。

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

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ケミカル・ガーデンフロースルーリアクターのシミュレーション自然熱水系など

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