화학 정원으로 원자로 시뮬레이션 자연 열수 시스템 플로우를 통해

다음 실험의 전반적인 목표는 화학 정원 실험을 사용하여 초기 지구의 해저 열수 분출구에서 침전된 자연 굴뚝을 시뮬레이션하여 소규모로 자체 조립 구조를 생성하는 것입니다. 이것은 먼저 두 가지 솔루션을 준비함으로써 달성됩니다. 한 솔루션은 초기 지구 바닷물의 구성을 시뮬레이션하고, 다른 솔루션은 물의 암석 반응에 의해 생성된 알칼리성 열수 유체를 시뮬레이션합니다.

다음으로, 열수와 같은 유체가 무산소 대기 하에서 시뮬레이션된 바다의 저류층에 주입될 수 있도록 장치를 설정합니다. 세 번째 단계로, 주입 중에 열수와 해양 용액 사이의 전압을 측정하기 위해 전극을 설정합니다. 마지막으로, 열수와 같은 용액을 시뮬레이션된 해양 용액이 들어 있는 바이알의 바닥에 천천히 주입하여 해양 지각에서 주변 해수로 배출 유체가 자연적으로 스며드는 것을 모방합니다.

결과는 해양과 열수 용액의 경계면에서 광물 침전물이 형성되고, 이는 천연 열수 굴뚝 잠수함을 닮은 자체 조립 화학 정원 구조로 발전한다는 것을 보여줍니다. 열수 굴뚝은 천연 화학 정원과 같습니다. 그것들은 지구에서 약 44억 년 전에 생성되었으며, 황화철과 수산화철로 만들어졌으며 대부분 약간의 실리카를 함유하고 있습니다.

그리고 그들은 알칼리성 용액이 바다로 올라오는 곳에서 생성되는 피부처럼 행동하는데, 이는 다소 산성입니다. 그리고 둘 사이의 경계면에서, 그들은 제가 말했듯이 오히려 피부처럼 보이는 이러한 미네랄을 침전시킵니다. 사실, 우리는 그것들을 오늘날 우리가 알고 있는 삶과 비교할 수 있습니다.

그리고 그것은 예를 들어 삶은 우리처럼 알칼리성 내부를 가지고 있는 경향이 있다는 것입니다. 그리고 오히려 산성 외관을 좋아하는 경향이 있습니다. 내 말은, 어쩌면 우리가 pH 5.5의 pH 샴푸를 좋아한다고 경솔하게 말할 수 있습니다.

예를 들어 우리는 산성 소다 팝을 좋아합니다. 그러나 우리는 건강을 유지하기 위해 알칼리성 음료를 마시는 것을 좋아하는데, 결국 우리의 인테리어는 천연 화학 정원처럼 건강하기 때문입니다. 그리고 우리가 오늘 실험실에서 본 것은 이 화학 정원의 내부가 알칼리성이라는 사실입니다.

외관은 산성입니다. 그것은 다소 산화되어 있고, 우리는 이러한 화학적 정원이 pH와 산화 환원의 화학적 구배를 두 가지에 걸쳐 부과하고, 그것들은 약 반 볼트로 합산되는데, 이것은 생명을 움직이는 데 필요한 전기화학적 에너지의 양과 비슷합니다. 그리고 우리는 이것이 40억 년 전 해저에 있는 화학 정원 중 한 곳에서 생명체가 존재할 수 있도록 하는 데 옳았다고 생각합니다.

이 실험을 통해 바다, 열수 유체, 대기와 같은 다양한 행성 조건을 시뮬레이션할 수 있을 뿐만 아니라 특정 실험 매개변수 변경의 영향과 그것이 시스템에 미치는 영향을 시뮬레이션할 수도 있습니다. 원래 우리는 시험관 내부의 결정에서 직접 자라는 화학 정원을 연구하고 있었지만 멤브레인 자체 내부에 직접 와이어를 얻을 수 없었기 때문에 멤브레인 전위를 측정할 수 없었습니다. 그래서 이를 위해 새로운 방법을 개발했습니다.

저류층의 해양 유체에 열수 모사체를 주입하는 주입 방법입니다. 이를 통해 자동화된 데이터 로거를 사용하여 멤브레인 성장에 대한 멤브레인 전위를 측정할 수 있었습니다. 이 방법을 처음 사용하는 사람들은 멋지게 구조화 된 화학 정원을 성장시키고 전압 측정에 필요한 카이 바이러스에 바이러스를 배치하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.

그러나 문제 해결을 통해 이러한 모든 문제를 해결할 수 있습니다. 먼저 유리 커터를 사용하여 주사 바이알에 사용할 100ml 투명 유리 크림프 탑 세럼 병의 바닥을 잘라냅니다. 또한 20mm 격막, 20mm 알루미늄 크림프 씰 및 0.5-10 마이크로리터 플라스틱 피펫 팁을 수집합니다.

16게이지 주사기 바늘을 사용하여 중격 중앙을 통해 조심스럽게 구멍을 뚫은 다음 바늘을 제거하여 적절한 날카로운 쓰레기 용기에 버립니다. 그런 다음 피펫 팁을 바늘 구멍에 삽입하고 피펫 팁을 격막을 통해 밀어 반대쪽이 튀어나오도록 합니다. 피펫 팁으로 격막을 주입 용기에 압착 밀봉합니다.

방수 밀봉을 바람 밀봉하려면 피펫 팁을 격막을 통해 더 밀어 바깥쪽으로 돌출되도록 합니다. 그런 다음 16인치 내경의 투명하고 유연하며 내화학성 튜브를 피펫 팁에 부착합니다. 튜브를 피펫 팁 위로 밀어 올립니다.방수 밀봉을 만들려면 튜브가 주입 바이알에서 주사기 펌프까지 닿을 수 있을 만큼 충분히 긴지 확인하십시오.

다음으로, 주입액이 바이알 바닥에서 공급되도록 주입액을 흄 후드 내부의 스탠드에 고정합니다. 두 개의 절연 전선을 절단하여 반응 용기 내부에서 데이터 로거까지 도달할 수 있을 만큼 충분히 길도록 합니다. 위치를 지정하기 위해 전선에 약간의 느슨함을 남겨 두십시오.

다음으로, 다른 쪽 끝의 반응 바이알 내부에 위치할 각 와이어의 끝에서 약 3mm의 절연체를 벗겨냅니다. 그것은 멀티 미터 리드에 연결됩니다. 와이어를 약 1cm 정도 벗겨내고 화학 정원 내부에 있을 와이어를 피펫 팁의 개구부에 가깝게 삽입하여 주입 용액과의 접촉을 보장하되 주입 흐름을 막을 정도는 아닙니다.

그런 다음 테이프를 사용하여 전선의 양쪽 끝을 제자리에 고정합니다. 그런 다음 외부 와이어를 용액 저장소와 접촉하도록 배치하지만 화학 정원 침전물은 접촉하지 않도록 합니다. 그런 다음 전선의 자유단을 데이터 로거에 연결하여 헤드 공간을 솔루션 저장소 위로 유지합니다.

그리고 IC는 질소 가스 라인을 설정했습니다. 질소 소스 탱크의 가스 공급을 여러 튜브로 분할하여 각 주입 바이알에 하나의 공급이 있도록 합니다. 100ml당 약 15분 동안 질소 가스로 탈이온수를 먼저 버블링하여 각 반응 바이알에 대해 해양 시뮬레이션이라고도 하는 200ml의 저장소 용액을 준비합니다.

이렇게 하면 실험이 주입 내내 무산소 상태를 유지할 수 있습니다. 그런 다음 무게를 측정하고 철 25 밀리 몰, 염화물 테트라 2 개 및 철 75 밀리 몰을 추가합니다. 물에 3 개의 염화물 육수화물.

혼합물에 산소를 주입하지 않고 이온을 용해시키기 위해 혼합물을 부드럽게 저어줍니다. 이온이 용해 된 후 즉시 질소 가스로 용액의 가벼운 버블링을 재개하십시오. 주사제가 준비되는 동안 여기에 표시된 표에서 1차 주입 용액 중 두 가지를 선택하고 각 용액을 10mL씩 준비합니다.

그런 다음 10ml 주사기를 각 용액과 함께 7ml 표시까지 채우고 뚜껑을 덮고 따로 보관하십시오. 다음으로, 2차 주사로 흄 후드에 20ml의 50 millimolar sodium sulfide를 준비합니다. 10 밀리리터 주사기 2 개를 7 밀리리터 표시까지 채우십시오 용액으로 바늘 캡을 교체하고 따로 보관하십시오.

1차 주입 주사기를 흄 후드 내부에 있는 프로그래밍 가능한 주사기 펌프에 고정합니다. 주입 속도를 분당 1밀리리터로 설정하고 두 주사기가 모두 폐기물 비커로 떨어지기 시작할 때까지 펌프를 켭니다. 그런 다음 주입을 중지하십시오.

다음으로, 탈이온수가 들어있는 주사기를 두 개의 플라스틱 주입 튜브에 삽입하고 물이 주 저장소로 들어가는 구멍까지 투명 튜브를 채우도록 주입합니다. 그런 다음 주사기를 주입 바이알 위의 스탠드에 놓습니다. 그런 다음 철이 함유된 저장 용액 100ml를 각 바이알에 조심스럽게 붓습니다.

퍼필을 사용하여 바이알 위에 기밀 밀봉을 조심스럽게 만들고 각 바이알에 질소 공급물을 삽입합니다. 주입 기간 동안 실험을 무산소 상태로 유지하기 위해 질소 가스 라인의 흐름을 원하는 대로 조정합니다. 다음으로, 물이 채워진 주사기를 한 번에 하나씩 기본 주사기 옆으로 가져옵니다.

플라스틱 주입 튜브를 조심스럽게 밀어내고 즉시 기본 주사기 바늘 중 하나에 직접 옮깁니다. 튜브의 벽에 구멍이 나지 않도록 주의하십시오. 그런 다음 주사기 펌프를 3시간 동안 시간당 2밀리리터로 작동하도록 설정하고 동시에 주입을 시작합니다.

멤브레인 전위 기록을 시작합니다. 3시간 후에 주사기 펌프를 멈춥니다. 화학적 정원 구조가 형성되면 주사기 펌프에서 기본 주입 주사기를 조심스럽게 제거하되 구조가 방해받지 않도록 튜브에 연결된 상태로 둡니다.

액체가 주사기로 역류하지 않도록 바이알의 유체 높이보다 높은 스탠드에 놓습니다. 다음으로, 이 경우 황화나트륨으로 구성된 2차 주입 주사기를 주사기 펌프에 고정하고 둘 다 황화물 용액을 특수 유해 폐기물 용기에 처분하기 시작할 때까지 바늘을 프라이밍합니다. 그런 다음 주사기 펌프에서 주사기를 한 번에 하나씩 제거하고 1차 주입 주사기의 튜브를 주사기가 포함된 황화나트륨으로 옮깁니다.

사기 펌프를 다시 프로그래밍하여 용액을 시간당 2밀리리터로 주입하고 시작을 눌러 3시간 동안 이 속도로 황화나트륨 용액을 주입합니다. 일단 1 차 주입 용액이 저장소 용액에 공급되면, 화학 정원 침전물은 유체 계면에서 형성되기 시작하고,이 구조는 환경 주사 전자 현미경 검사에서 주입 과정에서 계속 성장하고, 알라닌의 면전에서 형성된 1 차 침전물은 비정질로 더 둥글게 보인 반면, 순수한 철 수산화물 침전물과 피로 인산을 함유하는 침전물은 1 차 다음에 더 결정질로 나타났습니다 주사. 전위는 약 0.45-0.55 볼트에서 즉시 최고조에 달하는 경향이 있었고 나머지 1 차 주입 동안 약 0.1-0.2 볼트로 안정화되기 전에 약 1 시간 동안 감소했습니다.

1차 주사기가 황화나트륨을 함유한 2차 주사기로 전환되었을 때, 화학 정원은 눈에 보이는 새로운 성장이 이제 흑색 황화철이라는 것을 제외하고는 계속 성장했습니다. 기존 벽에 기여하기보다는 화학 정원의 검은 황화물 부분이 갈라져 나와 별도로 자라는 것처럼 보였습니다. 황화물 주입 용액이 화학 정원에 도달하자마자 멤브레인 전위는 즉시 약 0.9볼트로 급증했습니다.

화학 정원을 성장시키는 데 사용할 수 있는 솔루션의 가능한 조합은 여러 가지가 있습니다. 또한 화학 정원 구조가 완전히 형성되는 한 주입 속도를 더 빠른 속도에서 더 느린 속도로 변경하고 실험 중 언제든지 1차 주입을 2차 주입으로 변경할 수 있습니다. 황화나트륨 용액은 황화수소 가스를 방출하는데, 이는 매우 위험합니다.

개방형 황화나트륨 용기 및 황화물 함유 용액은 흄 후드 내부에서 사용해야 하며 물질 안전 데이터 시트 지침에 따라 처리해야 하며, 사용한 용액과 사용하지 않은 용액 모두 유해 폐기물로 처리해야 합니다. 실험실에서 방금 본 열수 굴뚝은 다공성 광물, 기본적으로 황화철과 수산화물로 만들어졌습니다. 우리는 그것들이 초기 생명체에 촉매제 역할을 할 것이라고 생각하며, 오늘날까지 우리 자신의 피부에 있는 촉매 및 효소와 구조가 매우 유사합니다.

이 실험은 다양한 지질학적 환경을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있지만, 실험의 매개변수를 조작하여 이러한 자체 조립 구조의 성장을 제어하는 방법을 배우는 데 많은 관심이 있고 다양한 반응의 촉매 역할을 할 수 있는 구조와 재료를 만드는 데 많은 관심이 있기 때문에 재료 과학에서도 적용할