Artigo de método

Jardins químicos como Fluxo através Reatores simulando Naturais sistemas hidrotérmicos

DOI:

10.3791/53015

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18 de novembro de 2015

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1NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 2NASA Astrobiology Institute, Icy Worlds, 3Blue Marble Space Institute of Science, 4Citrus College

Neste artigo

Resumo

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Descrevemos a formação de jardins químicos por meio de experimentos de injeção que permitem simulações de laboratório de sistemas de jardins químicos naturais que se formam em fontes hidrotermais submarinas.

Resumo

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Aqui relatamos simulações experimentais de crescimento de chaminés hidrotermais usando métodos de jardim químico de injeção. A versatilidade desse tipo de experimento permite o teste de várias químicas propostas de fluidos oceânicos / hidrotermais que poderiam ter impulsionado reações em direção à origem da vida em ambientes na Terra primitiva, no início de Marte ou mesmo em outros mundos, como as luas geladas dos planetas externos. Mostramos experimentos que incluem o crescimento de estruturas de jardins químicos sob condições anóxicas simulando a Terra primitiva, a inclusão de componentes vestigiais de fosfatos / orgânicos na solução de injeção para incorporá-los à estrutura, uma troca da solução de injeção para introduzir um ânion precipitante secundário e a medição de potenciais de membrana gerados por jardins químicos. Usando este método, foram formadas estruturas de jardim químico automontáveis que imitam as chaminés naturais precipitadas em fontes hidrotermais submarinas, e esses precipitados podem ser usados com sucesso como reatores de fluxo através da alimentação de várias injeções "hidrotermais" sucessivas.

Introdução

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"Jardins Químicas" são precipitados inorgânicos auto-montagem desenvolvidos, onde dois fluidos de químicas contrastantes interagem 1,2. Estas estruturas inorgânicas de auto-montagem têm sido objeto de interesse científico por mais de um século, em parte devido à sua aparência biomimético, e muitos estudos experimentais e teóricos têm sido buscadas para entender os vários aspectos complexos e as possíveis funções dos sistemas de jardim químicos 3. Exemplos naturais de jardins químicos incluem minerais "chaminé" precipitados que crescem em torno fontes hidrotermais e afloramentos, e tem-se argumentado que estes poderiam fornecer ambientes plausíve....

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Protocolo

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1. Considerações de segurança

  1. Use equipamento de protecção pessoal (bata de laboratório, óculos de proteção, luvas de borracha nitrílica, sapatos adequados) para prevenir contra vazamentos químicos ou ferimentos. Usar seringas e agulhas, e tomar cuidado para não perfurar luvas. Tome cuidado durante a instalação do experimento para verificar o aparelho para vazamentos realizando a primeira injeção com duas vezes destilada H 2 O (DDH 2 O), e verificar a estabilidade dos tubos de ensaio sobre o suporte, antes de adicionar produtos químicos.
  2. Realizar esta experiência com qualquer receita jardim química, mas um dos reagentes que usamos para....

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Resultados

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Uma vez que a solução de injecção começou a ser alimentada para dentro da solução de reservatório, um jardim química precipitado começou a formar-se na interface fluido e esta estrutura continuaram a crescer ao longo do curso da injecção (Figuras 4-7). Nas experiências relatadas aqui, a primeira injecção foi de hidróxido de sódio (que pode ser modificada para incluir L-alanina e / ou pirofosfato), e a solução reservatório era uma mistura 1: 3 de Fe3 + / Fe2 +, dando origem a um mis.......

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Discussão

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A formação de uma estrutura de jardim química através do método de injecção pode ser conseguida por qualquer interface duas soluções contendo iões reactivos que produzem um precipitado. Existem muitos sistemas reaccionais possíveis que irão produzir estruturas precipitado e encontrar a receita certa de iões reactivos e concentrações para crescer uma estrutura desejada é uma questão de tentativa e erro. A taxa de fluxo da solução de injecção é controlada por uma bomba programável de seringa e isto também pode ser variada.......

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Divulgações

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Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Agradecimentos

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Esta pesquisa foi realizada no Laboratório de Propulsão a Jato, Instituto de Tecnologia da Califórnia, sob um contrato com a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço. Reconhecemos o apoio do Instituto de Astrobiologia da NASA (Icy Worlds). O L.M.B. é apoiado pelo NAI por meio do Programa de Pós-Doutorado da NASA, administrado pela Oak Ridge Associated Universities por meio de um contrato com a NASA. J.E.N. foi apoiado por um Departamento de Educação dos EUA PR / Award #: P031C110019 administrado pelo Citrus College. Reconhecemos discussões úteis com membros do Grupo Focal de Termodinâmica, Desequilíbrio e Evolução da NAI e do Blue Marble Space Institute of Scien....

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Bomba de SeringaFisher14-831-3Canal duplo ou múltiplo, dependendo do número desejado de experimentos simultâneos
Cloreto ferroso tetrahidratadoFisherI90500Cloreto Ferroso Tetrahidratado (Cristalino/Certificado)
Cloreto férrico hexahidratadoFisherI88-100Ferric  Cloreto  Hexahidrato  (Caroços / ACS certificado)
Hidróxido de sódioSigma-AldrichS5881grau de reagente, ≥ 98%, pellets (anidro)
Sulfeto de sódio nonahidratadoFisherS425212Sulfeto de sódio nonahidratado (ACS cristalino/certificado). Armazenar em -20  °C. Abra apenas em um porta-luvas ou exaustor. Libera gás tóxico H2S; Todas as soluções contendo sulfeto devem ser mantidas em um porta-luvas ou exaustor.
Pirofosfato de potássioSigma-Aldrich322431< / a >97%
L-AlaninaSigma-AldrichA7627
Seringas (10  cc)Fisher14-823-16EBD™ Seringa com Pontas Luer-Lok (Sem Agulha)
Agulhas de seringa (16  calibre)Fisher14-826-18BBD™ Uso Geral e PrecisãoAgulhas Hipodérmicas Glide, 16  G x 1,5 pol. (38  mm)
TubulaçãoCole ParmerEW-06407-71Tubulação de Laboratório Tygon, Não-DEHP, 1/16" ID x 1/8" OD
Selos de alumínioFisher0337523CThermo Scientific™ Comércio nacional; Headspace 20  mm Selos de Crimpagem
Cinza para Rolhas de ButilFisher0337522AAThermo Scientific™ Comércio nacional; 20  mm Septa para Frascos de Headspace Frascos
soroFrascos Sigma-Aldrich33110-U, tampa de crimpagem, frasco de soro, tamanho 100 ml, vidro transparente, O.D. × H 51,7 mm &vezes; 94,5 mm. Para esses experimentos, o fundo do frasco de soro deve ser cortado.
Ponteiras de pipetaVWR53511-682Ponteiras de pipeta 0,5-10 μ l
FioMcMaster-Carr8073K661Fio Sólido de Condutor Único, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC
de

Referências

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  1. Leduc, S. The Mechanism of Life. , Rebman. London. (1911).
  2. Coatman, R. D., Thomas, N. L., Double, D. D. Studies of the growth of ‘‘silicate gardens’’ and related phenomena. J. Mater. Sci. 15, 2017-2026 (1980).
  3. Barge, L. M., et al.

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