Yöntem makalesi

Kimyasal Bahçeleri olarak Reaktörler Taklit Doğal Hidrotermal Sistemler Akış

DOI:

10.3791/53015

⸱

18 Kasım 2015

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

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kimyasal bahçe oluşumunu, denizaltı hidrotermal menfezlerinde oluşan doğal kimyasal bahçe sistemlerinin laboratuvar simülasyonlarına izin veren enjeksiyon deneyleri yoluyla tanımlıyoruz.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, enjeksiyon kimyasal bahçe yöntemlerini kullanarak hidrotermal baca büyümesinin deneysel simülasyonlarını rapor ediyoruz. Bu tür bir deneyin çok yönlülüğü, erken Dünya, erken Mars ve hatta dış gezegenlerin buzlu uyduları gibi diğer dünyalardaki ortamlarda yaşamın kökenine yönelik reaksiyonları yönlendirebilecek çeşitli önerilen okyanus / hidrotermal sıvı kimyalarının test edilmesine izin verir. Erken Dünya'yı simüle eden anoksik koşullar altında kimyasal bahçe yapılarının büyümesini, fosfatların / organiklerin eser bileşenlerinin yapıya dahil edilmek üzere enjeksiyon çözeltisine dahil edilmesini, ikincil bir çökeltme anyonu eklemek için enjeksiyon çözeltisinin bir anahtarını ve kimyasal bahçeler tarafından üretilen zar potansiyellerinin ölçümünü içeren deneyler gösteriyoruz. Bu yöntem kullanılarak, denizaltı hidrotermal kaynaklarında çökelen doğal bacaları taklit eden, kendi kendine monte edilen kimyasal bahçe yapıları oluşturuldu ve bu çökeltiler, birbirini izleyen çok sayıda "hidrotermal" enjeksiyonla beslenerek akış reaktörleri olarak başarıyla kullanılabilir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

"Kimyasal bahçeleri" zıt kimyaları iki sıvıları 1,2 etkileşime geliştirilen kendinden montaj inorganik çökeltiler vardır. Bunlar kendinden montaj inorganik yapılar kısmen kendi biomimetic görünümü üzerinde bir yüzyıl bilimsel ilgi konusu olmuştur ve birçok deneysel ve teorik çalışmalar, kimyasal bahçe sistemlerinin 3 farklı kompleks yönlerini ve olası fonksiyonları anlamak için takip edilmiştir. Kimyasal bahçelerin doğal örnekleri hidrotermal yaylar ve sızıntıları etrafında büyümeye mineral "baca" çökeltiler içerir ve bu hayat 4 ortaya çıkması için makul ortamlar sağlayabilir iddia edilmiştir. Doğal hidrotermal havalandırma baca taklit kimyasal bahçe büyümeye, bir rezervuar çözüm simüle okyanus kompozisyon ve okyanus içine beslemeleri hidrotermal sıvıyı temsil etmelidir enjeksiyon çözümü temsil etmelidir. Bu tip o çok yönlülüğüFarklı reaksiyon sistemlerinin f deneyi erken Dünya'da ya da diğer dünyalara ortamlarda dahil olmak üzere hemen her önerilen okyanus / hidrotermal akışkan kimyası, simülasyonu için izin verir. Erken On Earth, okyanuslar oksijensiz, asidik (pH 5-6) olurdu, ve NO 3- atmosferik CO2 ve Fe 2+ yanı sıra Fe III, Ni 2+ olarak Mn 2+, çözünmüş içeriyordu olurdu ve NO 2. Bu deniz suyu ve ultramafik okyanus kabuğunun arasında kimyasal reaksiyonlar hidrojen ve metan içeren alkali hidrotermal akışkanın üretilen ve olurdu bazı durumlarda sülfit (HS -) 4-8. Erken Dünya alkali havalandırma ortamlarda oluşan bacaların böylece demir / demir oksihidroksitler ve demir / nikel sülfit içeren olabilirdi ve bu mineraller jeokimyasal redoks / pH gradyanları sokmak sürücü doğru özellikle katalitik ve proto-enzimatik fonksiyonlar hizmet etmiş olabileceğini öne sürülmektedir Metaboli ortaya çıkmasısm 5. Aynı şekilde, bu kadar başka dünyalar barındırabilir (veya barındırılan olabilir) su / kayaç arayüzleri - su / kayaç kimyası yetenekli alkalin havalandırma ortamlarını yaratacaktır mümkündür - örneğin erken Mars, Jüpiter'in uydusu Europa, ya da Satürn'ün uydusu Enceladus olarak Prebiyotik kimya sürüş, hatta kaybolmamış yaşam 5,9-11 için yaşanabilir nişler sağlar.

Klasik kimyasal bahçe deney reaktif anyonlar, örneğin, sodyum silikat, veya "su camı" ihtiva eden bir çözelti içine batırılmış bir metal tuzunun bir tohum kristali, örneğin demir klorid tetrahidrat • 4H 2 O FeCl 2 kapsar. Daha fazla alkali çözelti ile ara yüzleme yapan Fe 2+ ihtiva eden bir asidik çözelti oluşturma metal tuzu çözünür, (silikat anyonları içeren ve OH -) ve bir inorganik membran çökelti oluşur. Ozmotik basınç altında zar şişer, patlamaları, daha sonra yeniden çöker birYeni sıvı arayüzü t. Kristaller Makro ve Mikro ölçekte, karmaşık morfolojiye sahip, dikey olarak yönlendirilmiş, kendi kendini organize çökelti yapı elde çözündürülür kadar bu işlem tekrar eder. Inorganik kimyasal bahçe zarından kimyasal zıt çözümlerin sürekli ayrılması ve zarından yüklü türlerin fark bu yağış süreç sonuçları 12-14 potansiyel bir zar verir. Kimyasal bahçe yapıları dış 13,15-19 kadar iç kısmından kompozisyon degradeler sergileyen karmaşıktır ve iyonlar biraz geçirgen kalırken yapının duvarları uzun süre zıt çözümleri arasındaki mesafeyi korumak. (Onlar sınıf gösteriler yapmak için basit ve kimyasal reaksiyonlar ve kendini organizasyon hakkında öğrencileri gibi) eğitim amaçlı ideal bir deney olmasının yanı sıra, kimyasal bahçeleri kendini assemb temsilleri gibi bilimsel öneme sahiply dinamik far-from-denge sistemlerinde, ilginç ve kullanışlı malzemelerden 20,21 üretimine yol açabilir yöntemleri içeren.

Laboratuarda kimyasal bahçeleri de burada bir çökeltme iyonu ihtiva eden çözelti, yavaş yavaş, birlikte-çökeltme iyon (veya iyonları) içeren ikinci bir çözelti içine enjekte edilir, püskürtme yöntemleri ile yetiştirilebilir. Bu sistemin özellikleri ve çökelti daha iyi kontrol edilebilir olması dışında, kristal büyüme deneylerinde benzer kimyasal bahçe yapılarının oluşumu ile sonuçlanır. Enjeksiyon yöntemi çeşitli önemli avantajlara sahiptir. Bu bir çökeltme ya dahil türlerin herhangi bir kombinasyonu kullanılarak kimyasal bir bahçe oluşturmasına olanak veren, yani, birden fazla çökeltme iyonları, bir çözelti içine dahil edilebilir, ve / veya diğer non-çökeltme bileşenler / çökelti ile reaksiyona emmek için çözelti ya içerilebilir . Bir kimyasal üretilir membran potansiyeliBir elektrot, böylece sistemin elektrokimyasal çalışma sağlayan yapının iç kısmına dahil edildiği takdirde, bahçe sistem, bir enjeksiyon deneyde ölçülebilir. Enjeksiyon deneyleri enjeksiyon hızının veya toplam enjekte hacmi değiştirilerek kontrol zaman dilimlerinde kimyasal bahçe içine enjeksiyon solüsyonu besleme olanağı sunmak; farklı çözümler sırayla aracılığıyla yem ve tuzak veya reaktör olarak çöktürülmüş yapısını kullanmak mümkündür. Kombine, bu teknikler okyanus arasında birçok eşzamanlı çökelme reaksiyonları oluşan bir baca da dahil olmak üzere bir denizaltı hidrotermal delik doğal bir kimyasal bahçe sisteminde meydana gelmiş olabilir karmaşık süreçlerin laboratuvar simülasyonları, izin ve (örneğin, üreten metal sülfürler, hidroksitler sıvıyı tahliye ve / veya karbonatlar ve silikatlar) 5,22. Bu teknikler ayrıca yeni tip oluşumuna imkan vermek için herhangi bir kimyasal bir bahçe reaksiyon sistemine uygulanabilirmalzemeler, mesela, adsorbe reaktif türleri 20,23 katmanlı tüpler veya borular.

Biz burada detay bir oksijensiz ortamda yapıları ihtiva-eden iki kimyasal bahçeleri, Fe 2+ eşzamanlı büyümesini içeren bir örnek deney. Bu deneyde yapı üzerindeki etkisini incelemek için, ilk enjeksiyon solüsyonu halinde, polifosfatlar ve / veya amino asitlerin eser miktarda dahil. Kimyasal bahçe ilk oluşumu sonra biz sonra ikincil çökeltme anyon olarak sülfür tanıtmak için enjeksiyon çözüm geçti. Membran potansiyelleri Ölçümler Deney boyunca otomatik olarak yapılmıştır. Bu protokol bir kez çift şırınga pompası kullanılarak iki deneyler çalıştırmak açıklamaktadır; veri bu işlemin birden fazla çalışır gerekli gösterilmiştir. Nispeten yüksek akış oranları, deneylerde kullanılan rezervuar ve tepken konsantrasyonlarının düşük pH büyük baca oluşturmak için tasarlanmış zaman sc üzerinde çökeltileriBir günlük laboratuar deneyleri için uygun ales. Bununla birlikte, doğal hidrotermal yaylar sıvı akış hızları çok daha yaygın olabilir ve (erken Dünya sistemi, örneğin, Fe ve S) reaktifler presipite konsantrasyonları düşük büyüklüğü 4 bir düzen olabilir; Böylece, yapılandırılmış çökeltiler uzun zaman çizelgelerine üzerine kuracaktı ve havalandırma onlarca yıl 24,25 binlerce aktif olabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Güvenlik Hususlar

  1. Kimyasal sızıntıları veya yaralanmalara karşı önlemek için kişisel koruyucu ekipman (laboratuvar önlüğü, gözlük, eldiven nitril, uygun ayakkabılar) kullanın. Şırınga ve iğneler kullanın ve eldiven delmeyin özen gösterin. Ilk enjeksiyon yaparak kaçak olup olmadığını kontrol etmek için cihazı deneme kurulumu sırasında özen çift distile H 2 O (GKD 2 O), ve kimyasallar eklemeden önce, stand reaksiyon şişeleri kararlılığını kontrol etmek.
  2. Herhangi bir kimyasal bir bahçe tarifi bu deneyi Taahhüt ama biz derin deniz deliklerini simüle etmek kullanın reaktanlardan biri, tehlikeli bir kimyasal sodyum sülfit olduğu; Bu nedenle maruz kalmasını önlemek için davlumbaz içine tüm deneme yapın.
    1. Sadece davlumbaz sodyum sülfit şişe açın ve sülfür tartmak için davlumbaz içinde bir denge yerleştirin. Onlar zehirli H 2 S gazı serbest olarak daima davlumbaz içine sülfit içeren çözümler tutmak ve aynı zamanda sulfid tutmake sıvı, kavuz ve davlumbaz katı atık konteynerleri. Diğer bir ilginç reaktan havaya maruz kalma üzerine oksitleyen Fe (II) CI 2 • 4H 2, O,, yani oksijensiz çözümler tutulması ve (örneğin, N, 2 veya Ar), zaman içinde oksijensiz kafa kısmında altında kimyasal bahçeleri büyümeye özen Bir davlumbaz veya torpido gözü.

Enjeksiyon Deneyleri 2. Kurulum

  1. Ters zaman, damar havaya açık, böylece cam kesici üst serum şişesini (20 mm kıvrım mühür kapatma türü) kıvrım 100 ml'lik şeffaf cam alt 1 cm keserek cam "enjeksiyon şişeleri" oluşturun. Bu yeniden kullanılabilir gibi, 1 M HCl asit banyosu O / N şişeleri temizlemek ve sonra yeni bir deneyden önce GKD 2 O ile iyice durulayın.
  2. Enjeksiyon şişeleri (Şekil 1) hazırlayın.
    1. 20 mm'lik septum, 20 mm alüminyum mühür kıvrım ve 0.5-10 ul plastik pipet toplayın. 16 G şırınga NE kullanmaEdle, dikkatli, daha sonra septum merkezinden bir delik delmek kaldırmak ve uygun kesici çöp bidonuna iğne atın.
    2. Şişenin kıvrım üst içinde karşılaşacağı lastik septum tarafına, iğne deliğine pipet yerleştirin. Diğer yan pokes böylece septum ile pipet itin.
    3. Kıvrım-mühür su geçirmez bir mühür yapmak için enjeksiyon gemiye pipet ile septum. Mühürlü zaman dışarıda çıkıntı, böylece septum aracılığıyla daha fazla pipet itin.
    4. (Boru uzunluğu şırınga pompası enjeksiyon viyalden ulaşması gerekir) pipet ile 1/16 "iç çapı net esnek kimyasal dayanıklı boru tutturmak; su geçirmez bir mühür için yukarıya doğru kaydırın.
      Not: Bu, 16 G iğne ile şırıngayla diğer ucundan beslenir enjeksiyon borusu, olacaktır.
    5. Sızıntı olup olmadığını kontrol edin: Hortumun diğer ucunu bir 16 G iğne ile GKD 2 O ile dolu bir 10 ml şırınga takın(sorunsuz düz iğne üzerine boru slayt ve boru duvarı delmek için dikkatli olun). Yavaş yavaş GKD 2 O boru yukarı hareket eder ve reaksiyon, kabın dibine kadar enjekte edilir. Bu şırınga / tüp, tüp / ucu sağlamak ve kıvrım mühürler su geçirmez.
  3. Enjeksiyon şişenin tabanından besleyecek şekilde, bir çeker ocak içinde bir stand enjeksiyon şişeleri sıkıştırın.
    Not: Birden fazla şişeler seferde kurmak ve ayrı enjektörler ile eş zamanlı olarak beslenebilir.
  4. Kimyasal bahçeleri duvarı boyunca membran potansiyeli ölçmek için elektrotlar ayarlayın. Her zaman kurşun "içinde" olduğu ve kimyasal bahçeleri "dışarıda" olan aynı kuralı kullanmak.
    1. Multimetre veya veri kaydedici kurşun reaksiyon damarları içinden ulaşmak yalıtılmış tel (örneğin, bakır) uzunlukları kesin. Konumlandırma için teller bolluk biraz bırakın.
    2. Şerit ~ 3 mmReaksiyon şişesine içinde yer alması uçlarında çıplak tel. Multimetre potansiyel, tel şeridi ~ 1 cm bağlanacak olan diğer ucunda.
    3. Kimyasal Bahçe arasında membran potansiyeli ölçmek için yerinde telleri sabitleyin. Kimyasal Bahçe içinde gidecek tel: sıvı kabına besleyecek olan pipet açılması takın.
    4. Ama şimdiye kadar enjeksiyon akışını tıkar ki, enjeksiyon solüsyonu ile temas sağlamak için hafifçe teli itin. Dış tel için: yerinde o çözüm rezervuar ile değil kimyasal bahçe çökelti ile temas edecek şekilde yerleştirin.
    5. Onlar deney (Şekil 2) sırasında enjeksiyon flakon içinde hareket edemez, böylece bant veya başka teller sabitleyin.
    6. Multimetre ile tellerin diğer uçlarını takın ve bu uçları da deney boyunca hareket etmiyor, böylece kabloları sabitleyin.
  5. N 2 Set up gaz hatları.
    1. Her bir enjeksiyon vial için bir N2 besleme vardır, böylece çok sayıda tüp içine N2 kaynaktan gaz beslemesini Böl.
    2. Enjeksiyon şişeleri birinin üst kısmında besleniyor, böylece her N 2 tüp yerleştirin.

Kimyasal Bahçe Büyüme için Çözümler 3. Hazırlık

  1. Rezervuar çözeltisi, her bir deney için 100 ml hazırlayın. Not: Bu örnekte, çökeltme katyonlar (Tablo 1) 75 mM Fe + 2 ve 25 mM Fe 3+ kullanın.
    1. Önce 100 ml başına ~ 15 dakika boyunca N2 gazı ile GKD 2 O kabarcıklandırılmasıyla anoksik çözüm oluşturur.
    2. (Oksijen tanıtmak değil değil şiddetle kadar) tartılır ve eritmek için hafifçe karıştırarak, FeCl 2 • 4H 2 O ve FeCl3 • 6H 2 O ekleyin.
    3. Reaktifler çözündürülür hemen sonra, resumFe 2+ / Fe e ışık köpüren 3+ N 2 gazı ile çözüm enjeksiyonları hazırlanır iken.
  2. Tablo 1 'de gösterilen primer enjeksiyon solüsyonları herhangi iki seçin ve her biri 10 ml hazırlar. Çözeltilerin her birinin 7 ml işaretine kadar bir 10 ml şırınga (her çözelti için bir şırınga) doldurun. İğne kapaklarını değiştirin ve bir kenara koyun.
  3. . İkinci enjeksiyon solüsyonu 20 ml (sodyum sülfit - DİKKAT) Hazırlama Tablo 1'de gösterilmiştir Bu çözeltiye 7 ml işaretine kadar iki adet 10 ml'lik şırınga Dolgu iğne kapaklarını kenara ayırın. Her zaman davlumbaz sülfit içeren çözümleri ve şırınga tutmak.
  4. GKD Adım 2.2.5 2 Ey şırınga doldurun; Bu enjeksiyon tüpü yıkamak için kullanılır.

4. Birincil Enjeksiyon Başlangıç

  1. Zar potansiyeli ölçümleri için istenen data logger kullanın; Bir separat her denemenin potansiyelini ölçmeke kanalı ve (potansiyel her 30 sn yeterli olacaktır kayıt, 2 saatlik enjeksiyon için, örneğin) veri noktalarının istenilen miktarda vermek için tarama hızını ayarlamak.
  2. Davlumbaz programlanabilir şırınga pompası birincil enjeksiyon şırınga edin.
  3. Damlar yakalamak ve şırıngalar hem behere damla başlayana kadar hızlı bir oranda enjekte etmek şırınga pompası ayarlamak için bir atık beher kullanın. Daha sonra, (iki şırınga tam olarak aynı seviyede enjekte başlamasını sağlamak için) enjeksiyonu durur.
  4. Şırınga pompası saatte 2 ml enjekte Yeniden programı (kullanılan şırınga türü için kalibre), ancak başlangıç ​​basmayın.
  5. İki plastik enjeksiyon tüp içine GKD 2 O şırınga yerleştirin ve su ana rezervuar girdiği diyafram açık boru kadar dolduracak şekilde enjekte edilir. Enjeksiyon şişeleri üzerinde, standında şırınga yerleştirin.
  6. Ea içine Fe2 + / Fe 3+ rezervuar çözeltisi 100 ml dökünch flakon.
  7. Enjeksiyonlar süresince deney anoksik tutmak istediğiniz gibi N2 gaz hatları akışını ayarlayın.
  8. (; Camdan görünümü engellemekten değil, örneğin Parafilm kullanarak) ve her şişeye (Şekil 3) içine bir N 2 besleme eklemek dikkatlice hava geçirmeyen bir mühür ile rezervuar şişeleri örtün.
  9. GKD 2 O şırınga (hala tüp takılı) aşağı yanındaki birincil enjeksiyon şırınga getirin. Dikkatle GKD 2 O şırınga iğnesi kapalı plastik enjeksiyon boru kaydırın ve hemen birinci enjeksiyon şırınga iğneleri birinin üzerine doğrudan aktarın. (Boru duvarı delmeyin özen gösterin.)
  10. Enjeksiyon başlatın ve membran potansiyeli Kayda başlamak.

5. İkincil enjeksiyon Başlangıç:

  1. ((6 ml enjekte edildikten sonra), bir kez kimyasal bahçe yapıları oluşturmuşlardır 3 saat sonra figu şırınga pompası durdurma Hit) 4 yeniden sürekli bir membran potansiyeli üretilmesi (Şekil 5).
  2. Dikkatle şırınga pompası birincil enjeksiyon şırınga kaldırmak (ancak yapıların rahatsız değil bu yüzden boru bağlı bırakın); Sıvı geri şırınga içine akamaz böylece şişeler içinde sıvı seviyesinden standında bunları ayarlayın.
  3. Şırınga pompası ikincil enjeksiyon sülfit şırınga Güvenli ve Adımları 4.3 ve 4.4 tekrarlayın.
  4. Şişelerde sıvı seviyesinden şırıngalar tutarken ikincil şırınga birincil şırıngalardan (Şekil 6) boru transfer Adım 4.9 tekrarlayın, şırınga pompasından bir anda ikincil şırıngalar birini çıkarın ve. Şırıngaya hazneden sıvı basıncı bu kimyasal bahçesi çökebilir olarak enjektöre geri akmasına sıvı neden olmaz uyanık olun.
  5. Transfer tamamlandığında, dikkatle th ikincil şırınga sabitleyine şırınga pompası.
  6. Yeniden programı şırınga pompası saatte 2 ml enjekte etmek ve yeni enjeksiyon solüsyonu ile enjeksiyon devam başlar hit.
  7. Güvenle birincil enjeksiyon şırınga imha.

6. Deneme Bitiş

  1. İlk olarak, şırınga pompası durdurun sonra membran potansiyeli kaydı durdurmak ve verileri kaydetmek.
  2. N 2 akışını kapatın ve enjeksiyon damarları satırları ve Parafilm çıkarın.
  3. Arzu edildiği takdirde, rezervuar çözeltisi örnek veya daha fazla analiz için hızlandırabilir. Dikkatlice rezervuar çözüm kaldırmak ve çökelti rahatsız değil, dikkatli, birkaç seferde rezervuar çözümü pipetle ve atık beher çözüm atmak için 25 ml'lik pipet kullanın.
  4. Enjeksiyon gemilerin bir seferde çözülme ve davlumbaz atık aktarma behere çözüm dökün. Çökelti parçalarını durulama GKD 2 O kullanın.
  5. Fro şırınga kaldırşırınga pompası m ve atık aktarma behere kaçıp ekstra enjeksiyon sıvısı icar, borudan onları ayıklamak. Atık behere şırınga boşaltın ve davlumbaz tutulan bir sülfür kesici kapta şırıngalar atmayın.
  6. Deney şişeden tüpünü çıkarın ve bir katı atık torbasına atınız. Mühür Uncrimp ve septum, mühür ve pipet atmayın.
  7. Cam deney şişe yıkayın ve 1 M HCl asit banyosu O / N o emmek. (DİKKAT - asit konulduğunda zehirli H 2 S gazı yayınlayacak sodyum sülfür ile temas içinde olmuştur cam davlumbaz içine asit banyoları tutun.).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Enjeksiyon çözüm rezervuar çözeltisi içine beslemeye başladıktan sonra, bir kimyasal bahçe çökelek sıvı ara yüzeyde oluşmaya başladı ve bu yapının enjeksiyon (Şekil 4-7) boyunca büyümeye devam etti. Burada bildirilen deneylerde, enjeksiyon (L-alanin ve / veya pirofosfat içerecek şekilde modifiye edilebilir) sodyum hidroksit, ve hazır olarak bulundurulan çözelti, bir 1: karışık, sonuçta Fe + 3/2 + Fe 3 karışımı -redox-devlet demir oksihidroksit çökelti. Kimyasal bahçeleri genellikle...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Enjeksiyon yolu ile kimyasal bir bahçe yapısının oluşturulması, bir çökelti oluşturmak reaktif iyonları ihtiva eden bir iki çözüm ara-yüz ile gerçekleştirilebilir. Çökelek yapılarını üretecek ve reaktif iyon ve konsantrasyonlarının doğru tarifi bulmak istediğiniz bir yapı deneme yanılma meselesidir büyümek için pek çok olası tepki sistemleri vardır. Enjeksiyon çözeltisi akış hızı programlanabilir şırınga pompa ile kontrol edilir ve bu da, doğal sistemde sıvı akışının farklı oranlarda simüle etmek için deneyler arasında ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu araştırma, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi ile yapılan bir sözleşme kapsamında Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü, Jet Propulsion Laboratuvarı'nda gerçekleştirilmiştir. NASA Astrobiyoloji Enstitüsü'nün (Icy Worlds) desteğini kabul ediyoruz. L.M.B., NAI tarafından NASA ile yapılan bir sözleşme aracılığıyla Oak Ridge İlişkili Üniversiteler tarafından yönetilen NASA Doktora Sonrası Programı aracılığıyla desteklenmektedir. J.E.N., Citrus College aracılığıyla yönetilen bir ABD Eğitim Bakanlığı PR / Ödül #: P031C110019 aracılığıyla desteklendi. NAI Termodinamik, Dengesizlik ve Evrim Odak Grubu ve Blue Marble Space Institute of Science üyeleriyle yapılan faydalı tartışmaları takdir ediyoruz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Şırınga PompasıFisher14-831-3İstenilen eşzamanlı deney sayısına bağlı olarak çift veya çok kanallı
Demir klorür tetrahidratFisherI90500Demir Klorür Tetrahidrat (Kristal/Sertifikalı)
Ferrik klorür hekzahidratFisherI88-100Ferrik  Klorür  Hekzahidrat  (Topaklar/Sertifikalı ACS)
Sodyum hidroksitSigma-AldrichS5881reaktif sınıfı, > %98, peletler (susuz)
Sodyum sülfür nonahidratFisherS425212Sodyum Sülfür Nonahidrat (Kristal/Sertifikalı ACS). -20 'de saklayın; °C. Sadece torpido gözünde veya çeker ocakta açın. Toksik H2S gazı açığa çıkarır; Sülfür içeren tüm çözeltiler bir torpido gözünde veya çeker ocakta tutulmalıdır.
Potasyum pirofosfatSigma-Aldrich32243197%
L-AlanineSigma-AldrichA7627
Şırıngalar (10  cc)Fisher14-823-16EBD ve ticaret; Luer-Lok Uçlu Şırınga (İğnesiz)
Şırınga iğneleri (16  ölçer)Fisher14-826-18BBD ve ticaret; Genel Kullanım ve PrecisionGlide Hipodermik İğneler, 16  G x 1,5 inç (38  mm)
BoruCole ParmerEW-06407-71Tygon Lab Boru, DEHP Olmayan, 1/16 "ID x 1/8" OD
Alüminyum contalarFisher0337523CThermo Scientific & Trade; Ulusal ve ticaret; Tepe boşluğu 20  mm Sıkma Contaları
Gri bütil tıpalarFisher0337522AAThermo Scientific & Trade; Ulusal ve ticaret; 20&nbşk; Headspace Şişeleri için mm Septa
Serum şişeleriSigma-Aldrich33110-U Şişeler, kıvrımlı üst, serum şişesi, boyut 100 ml, şeffaf cam, OD ve kez; Y 51,7 mm ve süreler; 94,5 mm'dir. Bu deneyler için serum şişesinin dibi kesilmelidir.
Pipet uçlarıVWR53511-682pipet uçları 0,5-10 μ l
TelMcMaster-Carr8073K661Katı Tek İletkenli Tel, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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. From Chemical Gardens to Chemobrionics. Chem. Rev. 115 (16), 8652-8703 (2015).
  4. Russell, M. J., Hall, A. J. The onset and early evolution of life. GSA Memoir. 198, 1-32 (2006).
  5. Russell, M. J., et al. The Drive to Life on Rocky and Icy Worlds. Astrobiology. 14 (4), 308-343 (2014).
  6. Macleod, G., Mckeown, C., Hall, A. J., Russell, M. J. Hydrothermal and oceanic pH conditions at 4Ga relevant to the origin of life. Origins Life Evol. B. 24, 19-41 (1994).
  7. Mielke, R. E., et al. Fabrication and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin‐Of‐Life Experiments. Astrobiology. 10, 799-810 (2010).
  8. Russell, M. J., Hall, A. J. The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine hydrothermal redox and pH front. J. Geol. Soc. Lond. 154, 377-402 (1997).
  9. Vance, S., Harnmeijer, J., Kimura, J., Hussmann, H., Demartin, B., Brown, J. M. Hydrothermal systems in small ocean planets. Astrobiology. 7, 987-1005 (2007).
  10. Ehlmann, B. L., Mustard, J. F., Murchie, S. L. Geologic setting of serpentine deposits on Mars. Geophys. Res. Lett. 37, L06201(2010).
  11. Hsu, H. -W., et al. Ongoing hydrothermal activities within Enceladus. Nature. 519, 207-210 (2015).
  12. Cartwright, J. H. E., García-Ruiz, J. M., Novella, M. L., Otálora, F. Formation of Chemical Gardens. J. Colloid Interf. Sci. 256, 351-359 (2002).
  13. Barge, L. M., et al. Characterization of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures. Langmuir. 28, 3714-3721 (2012).
  14. Glaab, F., Kellermeier, M., Kunz, W., Morallon, E., García-Ruiz, J. M. Formation and Evolution of Chemical Gradients and Potential Differences Across Self-Assembling Inorganic Membranes. Angew. Chem. Int. Edit. 124, 4393-4397 (2012).
  15. Pagano, J. J., Thouvenel-Romans, S. T., Steinbock, O. Compositional analysis of copper–silica precipitation tubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 110-116 (2006).
  16. Parmar, K., et al. Characterization of cobalt precipitation tube synthesized through “silica garden” route. Mater. Charact. 60, 863-868 (2009).
  17. Parmar, K., Pramanik, A. K., Bandyopadhya, N. R., Bhattacharjee, S. Synthesis and characterization of Fe(III)-silicate precipitation tubes. Mater. Res. Bull. 45, 1283-1287 (2010).
  18. Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, I. Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. I. Effect of the Nature of the Cations. Langmuir. 27, 3286-3293 (2011).
  19. Stone, D. A., Goldstein, R. E. Tubular precipitation and redox gradients on a bubbling template. P. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (32), 11537-11541 (2004).
  20. Makki, R., Ji, X., Mattoussi, H., Steinbock, O. Self-Organized Tubular Structures as Platforms for Quantum Dots. J. Am. Chem. Soc. 136, 6463-6469 (2014).
  21. Long, D. -L., Tsunashima, R., Cronin, L. Polyoxometalates: Building Blocks for Functional Nanoscale Systems. Angew. Chem. Int. Edit. 49, 1736-1758 (2010).
  22. Mielke, R. E., et al. Iron-Sulfide-Bearing Chimneys as Potential Catalytic Energy Traps at Life’s Emergence. Astrobiology. 11, 933-950 (2011).
  23. Roszol, L., Steinbock, O. Controlling the Wall Thickness and Composition of Hollow Precipitation Tubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 20100(2011).
  24. Ludwig, K. A., Kelley, D. S., Butterfield, D. A., Nelson, B. K., Früh-Green, G. Formation and evolution of carbonate chimneys at the Lost City Hydrothermal Field. Geochim. Cosmochim. Ac. 70, 3625-3645 (2006).
  25. Russell, M. J., Hall, A. J., Turner, D. In vitro growth of iron sulphide chimneys: possible culture chambers for origin-of-life experiments. Terra Nova. 1, 238-241 (1989).
  26. Russell, M. J., Daniel, R. M., Hall, A. J., Sherringham, J. A. A hydrothermally precipitated catalytic iron sulphide membrane as a first step toward life. J. Mol. Evol. 39 (3), 231-243 (1994).
  27. Barge, L. M., et al. Pyrophosphate Synthesis in Iron Mineral Films and Membranes Simulating Prebiotic Submarine Hydrothermal Systems. Geochim. Cosmochim. Ac. 128, 1-12 (2014).
  28. McGlynn, S. E., Kanik, I., Russell, M. J. Peptide and RNA contributions to iron-sulphur chemical gardens as life's first inorganic compartments, catalysts, capacitors and condensors. Philos. T. R. Soc. S-A. 370, 3007-3022 (2012).
  29. Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, C. I., Stocieck, L. S. Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. II. Chemical Gardens in Microgravity. Langmuir. 27, 3294-3300 (2011).
  30. Thouvenel-Romans, S., Steinbock, O. Oscillatory Growth of Silica Tubes in Chemical Gardens. J. Am. Chem. Soc. 125, 4338-4341 (2003).
  31. Batista, B. C., Cruz, P., Steinbock, O. From Hydrodynamic Plumes to Chemical Gardens: The Concentration-Dependent Onset of Tube Formation. Langmuir. 30, 9123-9129 (2014).
  32. Herschy, B., et al. An origin-of-life reactor to simulate alkaline hydrothermal vents. J. Mol. Evol. 79, 213-227 (2014).
  33. Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K., Ishii, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. Electrochemical CO2 Reduction by Ni-containing Iron Sulfides: How Is CO2 Electrochemically Reduced at Bisulfide-Bearing Deep-sea Hydrothermal Precipitates? Electrochim. Acta. 141, 311-318 (2014).
  34. Hansen, H. C. B., Guldberg, S., Erbs, M., Koch, C. B. Kinetics of nitrate reduction by green rusts—effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio. Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).
  35. Trolard, F., Bourrié, G. Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties. Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application. , InTech. (2012).
  36. van Oss, C. J. Specifically Impermeable Precipitate Membranes. Surface and Colloid Science. , Springer. US. 115-144 (1984).
  37. Baaske, P., et al. Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems. P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Hidrotermal BacalarAnoksik Ko ullarMembran PotansiyeliEnjeksiyon Y ntemir nga PompasAzot GazDemir S lf rlerErken D nya Sim lasyonu

İlgili makaleler