Introduction
「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"煙突"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。
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Protocol
1.安全性に関する注意事項
- 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。
- 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。
- 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。
インジェクション実験用2.セットアップ
- 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。
- 注射用バイアル（ 図1）を準備します。
- 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。
- 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。
- 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。
- （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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- N 2を設定します
- 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。
- 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。
ケミカルガーデン成長のためのソリューションの調製
- 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。
- 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。
- （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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
4.プライマリ注入の開始
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- （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。
- 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。）
- 注入を開始し、膜電位の記録を開始します。
5.二次噴射の開始：
- 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）。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 安全第一の注射器を処分。
6.実験の終了
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。）
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Representative Results
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、化学的庭園は、より少ない分岐あるいは沈殿物の単一の列を形成する傾向がありました。破裂おそらく分岐のこの阻害は、アラニンの添加は、より耐久性のある化学物質の庭の壁 26 を生成することを示しています。環境制御型走査電子顕微鏡（ESEM）の下では、アラニンの存在下で形成された沈殿物は純Fe-オキシ水酸化沈殿物（ならびにピロリン酸を含有するもの）に対し、より丸みを帯びたアモルファス登場より結晶（ 図9）が登場しました。ピロリン酸を注射液に含まれていた場合には、分枝状のFe-オキシ水酸化化学庭園が形成されており、追加の緑色の濁った沈殿物（おそらくピロリン酸鉄）が形成された構造（ 図10）の端部から延びました。 T彼の緑のプルームの沈殿物は、化学庭の一部ではなかった、とリザーバー溶液を除去したときに、プルームは崩壊し、主構造によく集約しませんでした。
化学庭実験における膜電位とすぐに化学庭が見えるようになったとして生成された（注射液は、チューブを旅として、遅延時間がありました）。注射液は、ピロリン酸と水酸化ナトリウム、NaOHをアラニンで、又はNaOHた実験では、潜在的には0.55 Vに0.45の周りにすぐにピークに傾向があり、一次注入の残りのために0.2 V程度0.1安定化する前に時間ほど減少しました。 （一次注入はNaOHを+ピロリン酸+アラニンた実験では、電圧は0.55〜0.45の高い値でピークなかった;その代わりに、それは全体の一次注入のために0.2〜周りに残った）における膜電位の差がありました同じ実験の繰り返し（ 図11）<強い>が、パターンが観察されたが、各注入化学の4の繰り返しの上に多かれ少なかれ一致していました。
主要な注射器は、硫化ナトリウムを含む第二のシリンジに切り替えた場合には、その目に見える新しい成長は今黒い硫化鉄であった以外は、化学庭は、成長を続けました。むしろ、既存の壁に貢献よりも、化学庭の黒い硫化部分が分岐し、別々に成長するように見えました。すぐ硫化注射液は、化学庭に達したとして、膜電位がすぐに跳ね上がっ〜0.9 Vの二次噴射中に到達可能性の値は、すべての実験のために同じであったにかかわらず、第一の注射液の（ 図10）。これは、化学庭実験における潜在的な2つのインターフェースソリューション間の化学に主に起因しているからである、と私たちの第二の注射液は、すべての50mM の Na 2 S•9Hであったので、 私たちは通常、4つの別々の注射器によって供給され、すべてのシリンジポンプによって同じ速度で駆動された4リザーバーボトルを使用して、一度に4化学庭の実験を行いました。再現性の欠如は、予想される0.2 V. - 4つのすべての複製に同じ化学反応を用いて、我々は、多くの場合、0.1の範囲内の膜電位の大きな化学庭の構造における変動（全体的な大きさ、分岐の数）だけでなく、変化を観察し遠から平衡実験でそんなには初期条件の複雑さに依存する場合。これは、化学庭園の中に構造のランダムな形成は、時にはイオンに透過性を変化させて膜を沈殿させるためにつながる可能性があります。いくつかの場合には、注射リザーバ解決策は、おそらくより良好に分離されているので、膜電位は、より長い期間維持することが可能です。 ゆっくりと第1のリザーバへの一次、二次、液を注入することによって生成された化学的な庭園で生成された表1の電圧 。 V 1MAX（平均）とV 2MAX（平均）は、一次中に生成最高電圧の平均でありますそれぞれ二次注射; σは標準偏差です。 
図1の反応容器を準備します 。注射化学庭実験用反応容器は、隔壁Wを介して、100 mlの血清ボトルの底を切断ピペットチップを挿入することによって作製しました HICHその後瓶に密封し、注射液を供給するために、それを通してチューブを取り付ける圧着した。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 
化学庭の反応容器内の配線図2.配置 。 （A）上記からの眺め、注入孔に「内部」電極の配置を示します。それが成長し始めたとき、このワイヤーは、化学ガーデンに包まれました。 「外側」電極は、それが成長している化学物質の庭で触れていなかったので、注入点から離れたままでなければなりませんでした。 （B）は、実験を通じて移動しないようにテープでワイヤを固定します。= "_空白">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 
図3、N 2のヘッドスペースを作成します。貯蔵溶液を添加した後、気密シールをパラフィルムで容器の上部に形成された（同様に電極を覆う）、その後、光、N 2供給物が化学庭の成長を通して、無酸素状態を維持するために挿入した。 こちらをクリックしてくださいこの図の拡大版を表示します。 
化学庭の図4.タイムラプス成長。この実験は、75 mMのFECを含有していましたL 2•4H 2 Oとリザーバー溶液中の25mMのFeCl 3•6H 2 O。最初の注射は、0.1MのNaOH + 10mMのK 2 P 4 O 7とし、180分後に注射を50mM の Na 2 S•9H 2 Oに切り替えた。この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 
図5.膜電位 。化学庭は内部電極の周囲に成長するにつれ、膜電位が発生しました。最初の沈殿物構造を形成した水酸化物の一次注射後、注射器は、硫化ナトリウム溶液をシリンジで切り替えました。この実験では、リザーバー溶液を75mMのFeCl 2•4H 2 O + 25mMののFeClました
図6.シリンジ 。 （A）柔軟なプラスチックチューブに注射針の正確な挿入。ケアは、チューブを穿刺しないように注意しなければならない-誤挿入の例は、（B）に示されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 
リザーバー溶液を慎重に除去した後、図8沈殿安定性。鉄（II / III）-hydroxide化学庭園は時々構造的安定性を維持することができます。次いで、沈殿物を場合、さらなる分析のためにサンプリングすることができます希望する。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 
図9.環境走査型電子顕微鏡画像。（A）鉄（II / III）-hydroxide化学庭園、（B）鉄（II / III）P 4 O 7、およびK 2を含む -hydroxide化学庭園（C）鉄（ II / III）アラニンを含む化学庭園を-hydroxide。すべての画像は、プライマリ注入後の化学的な庭園です。アラニンを取り入れた沈殿物を丸めて登場Feのみの析出物（II / III）-hydroxide及びFe（II / III）、K 2、P 4 O 7を含む -hydroxide未満の結晶。.JPG「ターゲット= "_空白">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 
図10。75 mMののFeCl 2•4H 2 O + 25mMのFeCl 3を•6H 2 O（A）注射液の貯蔵溶液中で増殖させた化学庭園は 、0.1MのNaOH + 10mMのK 2 P 4 O 7を含んでいました。 （B）注射液は、0.1 MのNaOH + 10mMのK 2 P 4 O 7 + 10 mMのアラニンを含有しました。固体PR付近に形成された注射液は、K 2 P 4 O 7、緑色の沈殿プルーム（矢印）に含まれる化学物質の庭園でecipitateの枝が、これらのプルームがメイン構造に完全に集約されていなかったとリザーバー溶液を除去したときに崩壊した。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 
化学的な庭園で生成された図11。膜電位を75mMのFeCl 2•4H 2 O + 25mMのFeCl 3を•6H 2 Oの貯留液中で増殖させました 。各実験の4反復が示されています。注射液がチューブを旅して連絡としての可能性はすぐに生成されましたリザーバー溶液は、内部電極を包む析出構造を生成します。一次注入が進行するにつれて構造が成長し続けました。 1.0 V. -シリンジは硫化ナトリウム溶液にスワップと二次注入が（矢印）開始した場合には、潜在的には0.9に上昇し、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 リザーバー溶液（100ミリリットル） 一次注入（6ミリリットル） 一次注入速度 V 1MAX（平均） 二次噴射（6ミリリットル） 二次噴射率 V 2MAX（平均） 75 mMののFeCl 2•4H 2 O + 25mMのFeCl 3を•6H 2 O 0.1 M NaOHで 3ミリリットル/時 0.431 V、σ= 0.002 の Na 2 S•9H 2 O 2ミリリットル/時 0.881 V、σ= 0.047 0.1 MのNaOH + 10mMのK 4 P 2 O 7 3ミリリットル/時 0.473 V、σ= 0.016 2ミリリットル/時 0.914 V、σ= 0.040 0.1 MのNaOH + 10 mMのアラニン 3ミリリットル/時 0.485 V、σ= 0.044 2ミリリットル/時 0.929 V、σ= 0.015 0.1 MのNaOH + 10mMのK 4 P 2 O 7 + 10mMのアラニン 3ミリリットル/時 0.239 V、σ= 0.061 2ミリリットル/時 0.923 V、σ= 0.033
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Discussion
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<SUP> 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は「ペレット」18,29と注入実験を溶解から直接成長を含む化学の庭の析出物を成長させるために前の仕事で利用されてきた様々な方法があります。それは確実に膜電位を測定することが可能である化学庭の実験を設計するためには、完全に実験全体を通して沈殿物膜内の「インテリア」ワイヤーを包むのいくつかの方法を作成する必要があります。これは、結晶成長実験で達成する（14不可能ではないが）困難です。前回の注射実験13において、我々は、ワイヤは、それが成長するにつれてそれ以外の化学庭はしばしばリットルしたがって、ワイヤーを「回避」、注入点に直接配置されなければならないことが一般的に認められていますリザーバー溶液となし、膜電位の両方のワイヤをeavingを測定することができます。注射を介して成長した化学的な庭園は、使用される化学反応系（複数可）に応じて、構造の安定性が異なる- 例えば 、鉄ケイ酸塩または鉄水酸化物のシステムは、純鉄、硫化システムに対し、リザーバ液をデカントしたときに立ったまま、より堅牢な構造を与えますソリューションが乱された場合に容易に崩壊はるかにゼラチン状の、繊細な沈殿物を与える傾向にあります。膜を通過する荷電種の不均等分布がブリードアウトなどの化学庭または膜のいずれかの重大な破壊の崩壊は、膜電位の即時の影響が発生します。したがって、この種の実験では、それは彼らが化学庭の成長に合わせて移動し、実験/注射の設定が安定しており、成長中にもまないことをしないように配線を慎重に注射の前に固定されていることが非常に重要です。
ため、リザーバに流れる流体の注入後のことは有益である、フレキシブル透明タイゴンチューブはステンレス鋼のような他の可能性の上をお勧めします。明確なチューブは、チューブ内に形成する沈殿粒子の観察を可能にするものが目詰まりを除去することを可能にし、気泡の検出/除去が可能になります。このチューブの欠点は、それが簡単に注射針（ 図6）によって穿刺することができるということです。我々は先に、最初の注射の側からチューブに直接第二針を挿入するのではなく、実際には別の注射器からチューブを移動することによって、注射器の切り替えを試したが、この技術は、パンクチャリングすることなく達成することは非常に困難でした。タイゴンチューブのもう1つの利点は、針を挿入しながら、偶然の穿刺の場合には、一つは単純にオフチューブのパンクチャー部分をカットすることができますし、針を再挿入、ということです。
膜の成長は、Bによって指示されます程度は低いuoyancyと、注入の圧力。射出圧力の急激な変化は、特に堅牢な沈殿物を生成しないシステムでは、化学庭の崩壊を引き起こす可能性があります。注射器を切り替える際には、逆流、おそらく脱凝集を防止するために除去された注射器、または単に上記の、流体レベルを保持することが重要です。このようなイベントはまた、シリンジポンプは、リザーバのおおよそのレベルになるように、実験を設定することで回避することができました。注射器を切り替えながら実験は時間の長さは、「一時停止」場合、それはあまりにも長い間、化学庭は邪魔されずに残っているように、膜電位データにはほとんど違いが。したがって、次のページに移動する前に、一度に一つ、丁寧に注射器を切り替え、それは「逆流」することができないように化学庭の内部の圧力を保持しているシリンジを確保することをお勧めします。注入速度定数はかなり維持されるべきです第一および第二の注入の間アリ、と一般的には速すぎてはならない（最小実験時間〜数時間）、過剰噴射圧が膜を破壊するからです。
それは、1つ以上の反応物は、同じ溶液中に存在するものを含む反応系の様々な自己集合析出物成長の調査を可能にするという点で、この実験は、多用途です。注射器のスワッピングは、次に通過する第二の成分のための「化学反応」として、その構造を使用して、1つの反応化学を使用して安定な化学庭の成長の可能性を可能にします。例えば、一つの有機分子が吸収および/ または鉄の鉱物26から成る水熱煙突内反応し、1は、関連する無機成分の化学庭を育てることができ、その後のために、含有する溶液の第2のシリンジフィードスルーになることができるかどうかを調査したい場合例えば、ヌクレオチド、アミノ酸、ペプチド、またはRNA 28。これは、吸着と吸収の有機成分を沈殿物にではなく、それらをリザーバに逃がす効果があります。我々の実験では、二次注入は硫化鉄の煙突は、おそらく流体圧力によるオリジナルの膜で破裂を通じて、既存の水酸化鉄の煙突の上に成長させることを観察しました。したがって、別の煙突の内部に少なくともいくらかに接続することができ、膜中の異なる鉱物のセクションでは、起源の生命シナリオで異なる機能を果たすことがあり、例えば、金属硫化物は、海洋CO 2を低減 /水H 2を酸化 32,33と鉄オキシ水酸化リン酸反応を駆動し、サイト5,34,35にアンモニウムに硝酸塩を減らします。材料科学の研究は、同様にこの種の実験を用いて行うことができます。例えば、意図的に触媒成分の化学的な庭園を形成する（例えば、アルミその後minosilicates）と反応させるためにそれらを介して他の構成要素（例えば、有機分子またはリン酸塩）を供給します。 1つはまた（Roszolとシュタイン2011年23のように）異なる無機沈殿物を生成するために注射器を交互に層状材料を形成する探ることができます。これは、嫌気的条件や化学ガーデン形成中の任意の所望のガスヘッドスペースの下で個々の反応容器を維持することは簡単なことです。
この種の実験の限界は、インフレ、浮力対流によって駆動システムにおける化学庭の構造を制御することは非常に困難であるという事実に主に起因しています。沈殿物構造は、実験後に除去し、分析する脆く、困難であり得ます。さらに、化学庭の成長は、膜電位の測定を確実にするために、リザーバ内の「外側」ワイヤがchemicaを防止するために、注入点から離れなければならない、常に予測不可能であるため両方のワイヤを包むリットルの庭。しかし、この予防措置を取ってワイヤが通常膜に理想的に近接していないことを意味します。代わりに、正確な無機膜電位の測定は、二つの溶液36との間のパーチメント紙テンプレートに膜を成長させることによって達成することができます。化学庭の実験では、サンプルおよび/ またはそうでなければ（ 例えば、pH）インテリアソリューションを測定するために、通常は不可能です。詳細なリアルタイム分析は、リザーバ溶液で行うことができます。
自然通気口はまた、加熱された熱水（〜70〜100℃）で、海洋4との間の熱勾配をホストする、ので、それはポーズより高い温度と圧力37、で化学の庭を成長させることが望ましいかもしれない熱水系をシミュレートするために、ここで説明する設定に挑戦。これは、開始前に温度を調節するために加熱コイルリザーバボトルをラップすることも可能です。しかし、異なりますポンプのENTタイプが同様に注射液を加熱するために必要になることがあります。自然のシステムをシミュレートするためには、いずれかの溶液に溶解したガス（例えば、CO 2）を含める必要があるかもしれません。これは、リザーバ（海の模擬）以内を達成する方が簡単かもしれないが、それは注射（水模擬）のためのより入念な準備が必要となります。 （例えば、溶解したCO 2は、化学庭に炭酸鉄沈殿が生じる可能性が深海システムでは、高い圧力が煙突の成長と化学に影響を与える可能性がある、と、実験に応じて、両方の流体中の増加ガス圧が重要な影響を与える可能性が、静水圧6）にも依存。温度と圧力が溶解度、降水量、そして多くの鉱物の特定の性質に影響を与えるので、このタイプの化学庭実験における温度上昇と圧力を組み込むことは、多くの興味深い可能性をもたらすであろう。
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Syringe Pump | Fisher | 14-831-3 | Dual or multiple channel, depending on desired number of simultaneous experiments |
| Ferrous chloride tetrahydrate | Fisher | I90500 | Ferrous Chloride Tetrahydrate (Crystalline/Certified) |
| Ferric chloride hexahydrate | Fisher | I88-100 | Ferric Chloride Hexahydrate (Lumps/Certified ACS) |
| Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S5881 | reagent grade, ≥98%, pellets (anhydrous) |
| Sodium sulfide nonahydrate | Fisher | S425212 | Sodium Sulfide Nonahydrate (Crystalline/Certified ACS). Store at -20 °C. Only open in a glove box or fume hood. Releases toxic H2S gas; all sulfide-containing solutions must be kept in a glove box or fume hood. |
| Potassium pyrophosphate | Sigma-Aldrich | 322431 | 97% |
| L-Alanine | Sigma-Aldrich | A7627 | |
| Syringes (10 cc) | Fisher | 14-823-16E | BD™ Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle) |
| Syringe needles (16 gauge) | Fisher | 14-826-18B | BD™ General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 16 G x 1.5 in. (38 mm) |
| Tubing | Cole Parmer | EW-06407-71 | Tygon Lab Tubing, Non-DEHP, 1/16" ID x 1/8" OD |
| Aluminum seals | Fisher | 0337523C | Thermo Scientific™ National™ Headspace 20 mm Crimp Seals |
| Gray butyl stoppers | Fisher | 0337522AA | Thermo Scientific™ National™ 20 mm Septa for Headspace Vials |
| Serum bottles | Sigma-Aldrich | 33110-U | Vials, crimp top, serum bottle, size 100 ml, clear glass, O.D. × H 51.7 mm × 94.5 mm. For these experiments, the bottom of the serum bottle should be cut off. |
| Pipette tips | VWR | 53511-682 | pipette tips 0.5-10 μl |
| Wire | McMaster-Carr | 8073K661 | Solid Single-Conductor Wire, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC |
References
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