This research was carried out at the Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, under a contract with the National Aeronautics and Space Administration. We acknowledge the support by the NASA Astrobiology Institute (Icy Worlds). L.M.B. is supported by the NAI through the NASA Postdoctoral Program, administered by Oak Ridge Associated Universities through a contract with NASA. J.E.N. was supported through a US Department of Education PR/Award #: P031C110019 administered through Citrus College. We acknowledge useful discussions with members of the NAI Thermodynamics, Disequilibrium, and Evolution Focus Group and the Blue Marble Space Institute of Science.

1. שיקולי בטיחות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש בציוד מגן אישי (מעבדה מעיל, משקפי מגן, כפפות nitrile, נעליים מתאימות) כדי למנוע נגד דליפות כימיות או פציעה. השתמש במזרקים ומחטים, ולדאוג שלא לנקב כפפות. דואג במהלך התקנת ניסוי כדי לבדוק את המנגנון להדלפות על ידי ביצוע הזריקה ראשון עם כפול מזוקק H 2 O (DDH 2 O), וכדי לבדוק את היציבות של בקבוקוני תגובה על הדוכן, לפני הוספת כימיקלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתחייב ניסוי זה עם כל מתכון גן כימי, אך אחד מהמגיבים אנו משתמשים כדי לדמות פתחים במעמקי ים הוא כימיקל מסוכן, נתרן גופרתי; לכן לעשות הניסוי כולו בתוך מנדף כדי למנוע חשיפה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתוח רק את הבקבוק של נתרן גופרתי במנדף ולמקם את איזון בתוך מנדף לשקילת גופרי. תמיד לשמור על פתרונות המכילים גופרתי בתוך מנדף כפי שהם ישחררו את הגז רעיל S H 2, וגם לשמור על sulfidנוזל דואר, חדים, ומיכלי פסולת מוצק במנדף. מגיב אחר של עניין הוא פה (II) Cl 2 • 4H 2 O, אשר מתחמצן בחשיפה לאוויר, כך דואג לשמור פתרונות anoxic ולגדול גנים כימיים תחת אמיץ anoxic (למשל, N 2 או אר), תמיד ב מנדף או תא הכפפות. </li></ol></li></ol> 2. הגדרה לניסויים בהזרקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור &quot;בקבוקוני הזרקה&quot; זכוכית על ידי ניתוק 1 סנטימטר התחתון של זכוכית שקופה 100 מיליליטר crimp בקבוק סרום עליון (crimp סוג סגירת חותם 20 מ&quot;מ) עם חותך זכוכית, כך ש, כאשר הפוך, הכלי פתוח לאוויר. כמו אלה הם לשימוש חוזר, לנקות את צלוחיות באמבטית 1 O חומצת M HCl / N, ולאחר מכן לשטוף היטב עם DDH 2 O לפני ניסוי חדש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את בקבוקוני הזרקה (איור 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף מחצה 20 מ&quot;מ, 20 מ&quot;מ אלומיניום crimp חותם, וקצה פיפטה פלסטיק 0.5-10 μl. שימוש במזרק ne 16 Gedle, לנקב חור בזהירות דרך המרכז של מחיצת האף, ולאחר מכן להסיר ולהשליך את המחט במכל הפסולת החדים המתאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את קצה פיפטה לתוך חור המחט, לצד השני של מחיצת הגומי שיעמוד בפני בתוך הראש מלחץ של הבקבוקון. לדחוף את קצה פיפטה באמצעות המחיצה, כך שהוא דוקר את הצד השני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחיצה-לאטום את המחיצה עם קצה פיפטה על כלי ההזרקה לעשות חותם אטום למים. כאשר אטום, לדחוף את קצה פיפטה נוסף באמצעות המחיצה, כך שהוא בולט החוצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להדביק צינורות 1/16 &quot;קוטר הפנימי ברורים גמישים כימיים עמידה לקצה פיפטה (אורך צינור צריך להגיע מבקבוקון ההזרקה למשאבת המזרק); להחליק אותו לחותם אטום למים. שים לב: זה יהיה צינור ההזרקה, האכיל מהקצה השני על ידי מזרק עם מחט 16 G. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדקו דליפות: הכנס מזרק 10 מיליליטר מלא DDH 2 O עם מחט G 16 לקצה השני של הצינור(בצורה חלקה להחליק את הצינור היישר אל המחט ולהיזהר שלא לנקב את הקיר של הצינור). לאט לאט להזריק כך שDDH 2 O נע מעלה והצינורות לתחתית כלי התגובה. חותמות להבטיח כי המזרק / צינור, צינור / טיפ, וcrimp הן אטומים למים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצמד את בקבוקוני ההזרקה בדוכן במנדף, כך שהזריקה תהיה להאכיל מהחלק התחתון של הבקבוקון. הערה: ניתן להגדיר בקבוקונים מרובים בבת אחת והאכילו בו זמנית על ידי מזרקים נפרדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת אלקטרודות למדידת פוטנציאל הממברנה על הקיר של הגנים הכימיים. תמיד להשתמש באותו הכנס שעופרת היא &quot;בתוך&quot; ושהוא &quot;מחוץ&quot; לגנים הכימיים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך אורכים של חוט מבודד (למשל, נחושת) שמגיע מבפנים כלי התגובה ליתרון של מודד לוגר או נתונים. השאר קצת רפוי בחוטי החשמל למיצוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרצועה ~ 3 מ&quot;מ שלחוט חשוף בקצוות שיהיה ממוקמים בתוך בקבוקון התגובה. בקצוות האחרים שמחוברים למוביל מודד, רצועה ~ 1 סנטימטר של חוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתקן את החוטים במקום למדוד פוטנציאל קרום על פני הגן הכימי. לחוט שילך בתוך הגן הכימי: הכנס אותו לפתיחה של קצה פיפטה שממנו הנוזל יאכיל לתוך הכלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדחוף את החוט בקלות כדי להבטיח מגע עם פתרון ההזרקה, אבל לא כל כך הרבה שזה יהיה לסתום את זרימת ההזרקה. למחוץ התיל: המקום כך שהוא יהיה במגע עם מאגר הפתרון אבל לא עם משקע הגן הכימי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלטת או אחר לאבטח את החוטים, כך שהם לא יכולים לזוז בתוך בקבוקון ההזרקה במהלך הניסוי (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את הקצוות האחרים של החוטים למודד, ולאבטח את החוטים כך שהקצוות אלה גם לא זזו לאורך כל הניסוי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת N 2 </תת&gt; קווי גז שכל להאכיל לאחת מהבקבוקונים להזרקה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפצל את הזנת הגז ממקור N 2 לכמה צינורות, כך שיש להאכיל אחד N 2 לכל בקבוקון הזרקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כל צינור N 2, כך שהוא מזין לתוך אמיץ של אחד מהבקבוקונים להזרקה. </li></ol></li></ol> 3. הכנת פתרונות לגן כימית צמיחה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון המאגר, עבור כל ניסוי 100 מיליליטר. הערה: בדוגמא זו, השתמש 75 מ&quot;מ Fe 2+ ו -25 מ&quot;מ Fe 3+ כקטיונים המזרזים (טבלת 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליצור פתרונות anoxic ידי המבעבע הראשון DDH 2 O עם N 2 גז ל~ 15 דקות לכל 100 מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את ולהוסיף FeCl 2 • 4H 2 O וFeCl 3 • 6 שעות 2 O, תוך ערבוב בעדינות כדי לפזר (לא בתוקף כדי לא להציג את החמצן). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ריאגנטים מומסים, מייד resumמבעבע דואר אור Fe 2+ / Fe 3+ פתרון עם N 2 גז בעוד זריקות מוכנות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר כל שני פתרונות ההזרקה העיקריים מוצגים בטבלה 1, ולהכין 10 מיליליטר של כל אחד. ממלאי מזרק 10 מיליליטר לציון 7 מיליליטר עם כל אחד מהפתרונות (מזרק אחד לכל פתרון). החזר את כמוסות המחט ומניח בצד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 20 מיליליטר של פתרון ההזרקה המשני (נתרן גופרתי - זהירות). ניתן לראות בטבלה 1 מלא שני מזרקים 10 מיליליטר לציון 7 מיליליטר עם הפתרון הזה, להחליף את כובעי המחט ומניח בצד. תמיד לשמור על פתרונות המכילים גופרתי ומזרקים במנדף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למלא את DDH 2 O מזרקים משלב 2.2.5; אלה ישמשו כדי לשטוף את צינור ההזרקה. </li></ol> 4. החל ההזרקה הראשונית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בנתונים לוגר רצויים למדידות פוטנציאל הממברנה; למדוד את הפוטנציאל של כל ניסוי בseparatערוץ E, ולקבוע את שיעור הסריקה לתת את הכמות הרצויה של נקודות נתונים (לדוגמא, להזרקה 2-שעה, הקלטת פוטנציאל בכל 30 שניות תספיק). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את המזרקים ההזרקה העיקריים במשאבת מזרק לתכנות במנדף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכוס פסולת לתפוס טיפות ולהגדיר את משאבת המזרק כדי להזריק בקצב מהיר עד המזרקים שני מתחילים לטפטף לתוך הכוס. אז להפסיק ההזרקה (על מנת להבטיח ששני המזרקים להתחיל הזרקה בדיוק באותה הרמה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תכנית מחדש את משאבת המזרק כדי להזריק ב2 מיליליטר לשעה (לכייל לסוג של מזרק בשימוש), אך לא פגע התחלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את DDH 2 O המזרקים לשני צינורות פלסטיק בהזרקה, ולהזריק כך שהמים ממלאים את צינורות עד ברור לצמצם שבו נכנס למאגר המרכזי. מניחים את המזרקים על הדוכן, מעל בקבוקוני ההזרקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים של פתרון מאגר Fe 2+ / 3+ פה לEA 100 מיליליטרבקבוקון ch. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הזרימה של קווי גז N 2 כרצויים לשמור anoxic הניסוי למשך הזריקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכסות בזהירות את בקבוקוני מאגר עם חותם אטום (למשל, באמצעות Parafilm; לא חוסם את הנוף מבעד לזכוכית) והכנס N 2 להאכיל לתוך בקבוקון אחד (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להביא 2 O המזרקים DDH (עדיין הוכנסו בצינורות) למטה ליד המזרקים הזרקה הראשוניים. החלק בזהירות את צינור הפלסטיק בהזרקה את מחט מזרק O DDH 2, ולהעביר אותו באופן מיידי ישירות על גבי אחת ממחטי מזרק ההזרקה הראשונית. (שים לב שלא לנקב את הקיר של הצינור.) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל ההזרקה, ולהתחיל בהקלטה של ​​פוטנציאל הממברנה. </li></ol> 5. החל ההזרקה המשנית: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכה תחנה על משאבת המזרק לאחר 3 שעות (לאחר 6 מיליליטר כבר הזריק), מבני גן פעם כימיים יצרו (Figuמחדש 4), יצירת פוטנציאל הממברנה ללא הרף (איור 5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוציא בזהירות את המזרקים ההזרקה העיקריים ממשאבת המזרק (אבל להשאיר אותם מחובר לצינורות כך המבנים לא מופרעים); להגדיר אותם על הדוכן מעל לרמה של הנוזל בבקבוקונים כך שהנוזל לא יכול לזרום בחזרה לתוך המזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את המזרקים הזרקה גופרתי המשניים למשאבת המזרק, וחזור על שלבי 4.3 ו -4.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המזרקים המשניים אחת בכל פעם ממשאבת המזרק, ותוך כדי לחיצת המזרקים מעל לרמה של הנוזל בבקבוקונים, לחזור על שלב 4.9, העברת צינורות מהמזרקים העיקריים למזרקים המשניים (איור 6). להיות ערני שלחץ הנוזל מהמאגר לתוך המזרק אינו גורם לנוזל לזרום בחזרה לתוך המזרק כמו זה יכול לכווץ את הגן הכימי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר ההעברה תסתיים, לאבטח היטב את המזרקים המשניים המשאבת מזרק דואר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תכנית מחדש את משאבת המזרק כדי להזריק ב2 מיליליטר לשעה, ופגעה להתחיל להמשיך הזרקה עם פתרון ההזרקה החדש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בבטחה להיפטר המזרקים הזרקה הראשוניים. </li></ol> 6. סיום הניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראשית להפסיק את משאבת המזרק, אז לעצור את ההקלטה של ​​פוטנציאל הממברנה ולשמור את הנתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את זרימת N 2 ולהסיר את השורות וParafilm מכלי ההזרקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם תרצה, לטעום פתרון המאגר או לזרז לניתוח נוסף. כדי להסיר בזהירות את פתרון המאגר ולא להפריע למשקע, להשתמש פיפטה 25 מיליליטר פיפטה בזהירות את פתרון המאגר בכמה aliquots, וזורקים את הפתרון בכוס פסולת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Unclamp כלי זריקה אחת בכל פעם ויוצקים את הפתרון לתוך מבחנה העברת פסולת במנדף. השתמש DDH 2 O לשטוף את החתיכות של משקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המזרקים הלוך ושובמ &#39;משאבת המזרק, ולחלץ אותם מהצינור, ומאפשר הזרקת נוזל נוסף לברוח לתוך כוס העברת פסולת. רוקן את המזרקים לתוך כוס הפסולת, ולהיפטר מהמזרקים במכל חדים גופרי כל הזמן במנדף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את צינורות מבקבוקון הניסוי ולהיפטר ממנו בשקית פסולת מוצקה. Uncrimp החותם ולהיפטר של מחיצת האף, חותם, וקצה פיפטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את בקבוקון זכוכית ניסוי ולספוג אותו באמבטית 1 O חומצת M HCl / N. (זהירות - כלי זכוכית שהיו במגע עם נתרן גופרתי ישחרר גז רעיל S H 2 כאשר הניחו בחומצה שמור אמבטיות חומצה בתוך מנדף..) </li></ol>

<ol>
	<li>Leduc, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Mechanism of Life. , (1911).</li><li>Coatman, R. D., Thomas, N. L., Double, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+the+growth+of+&#8216;&#8216;silicate+gardens&#8217;&#8217;+and+related+phenomena.">Studies of the growth of &#8216;&#8216;silicate gardens&#8217;&#8217; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Chemical+Gardens+to+Chemobrionics.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+onset+and+early+evolution+of+life.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Drive+to+Life+on+Rocky+and+Icy+Worlds.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+and+oceanic+pH+conditions+at+4Ga+relevant+to+the+origin+of+life.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Test+of+a+Hydrothermal+Reactor+for+Origin&#8208;Of&#8208;Life+Experiments.">Fabrication and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin&#8208;Of&#8208;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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+emergence+of+life+from+iron+monosulphide+bubbles+at+a+submarine+hydrothermal+redox+and+pH+front.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+systems+in+small+ocean+planets.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geologic+setting+of+serpentine+deposits+on+Mars.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ongoing+hydrothermal+activities+within+Enceladus.">Ongoing hydrothermal activities within Enceladus.</a> Nature. 519, 207-210 (2015).</li><li>Cartwright, J. H. E., Garc&#237;a-Ruiz, J. M., Novella, M. L., Ot&#225;lora, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+Chemical+Gardens.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Iron-Phosphate-Silicate+Chemical+Garden+Structures.">Characterization of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures.</a> Langmuir. 28, 3714-3721 (2012).</li><li>Glaab, F., Kellermeier, M., Kunz, W., Morallon, E., Garc&#237;a-Ruiz, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+Evolution+of+Chemical+Gradients+and+Potential+Differences+Across+Self-Assembling+Inorganic+Membranes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compositional+analysis+of+copper&#8211;silica+precipitation+tubes.">Compositional analysis of copper&#8211;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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+cobalt+precipitation+tube+synthesized+through+&#8220;silica+garden&#8221;+route.">Characterization of cobalt precipitation tube synthesized through &#8220;silica garden&#8221; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+Fe(III)-silicate+precipitation+tubes.">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-D&#237;az, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical-Garden+Formation,+Morphology,+and+Composition.+I.+Effect+of+the+Nature+of+the+Cations.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tubular+precipitation+and+redox+gradients+on+a+bubbling+template.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Organized+Tubular+Structures+as+Platforms+for+Quantum+Dots.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyoxometalates:+Building+Blocks+for+Functional+Nanoscale+Systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron-Sulfide-Bearing+Chimneys+as+Potential+Catalytic+Energy+Traps+at+Life&#8217;s+Emergence.">Iron-Sulfide-Bearing Chimneys as Potential Catalytic Energy Traps at Life&#8217;s Emergence.</a> Astrobiology. 11, 933-950 (2011).</li><li>Roszol, L., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+Wall+Thickness+and+Composition+of+Hollow+Precipitation+Tubes.">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., Fr&#252;h-Green, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+evolution+of+carbonate+chimneys+at+the+Lost+City+Hydrothermal+Field.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+growth+of+iron+sulphide+chimneys:+possible+culture+chambers+for+origin-of-life+experiments.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+hydrothermally+precipitated+catalytic+iron+sulphide+membrane+as+a+first+step+toward+life.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pyrophosphate+Synthesis+in+Iron+Mineral+Films+and+Membranes+Simulating+Prebiotic+Submarine+Hydrothermal+Systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+and+RNA+contributions+to+iron-sulphur+chemical+gardens+as+life's+first+inorganic+compartments,+catalysts,+capacitors+and+condensors.">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-D&#237;az, C. I., Stocieck, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical-Garden+Formation,+Morphology,+and+Composition.+II.+Chemical+Gardens+in+Microgravity.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oscillatory+Growth+of+Silica+Tubes+in+Chemical+Gardens.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Hydrodynamic+Plumes+to+Chemical+Gardens:+The+Concentration-Dependent+Onset+of+Tube+Formation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+origin-of-life+reactor+to+simulate+alkaline+hydrothermal+vents.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+CO2+Reduction+by+Ni-containing+Iron+Sulfides:+How+Is+CO2+Electrochemically+Reduced+at+Bisulfide-Bearing+Deep-sea+Hydrothermal+Precipitates?.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+nitrate+reduction+by+green+rusts&#8212;effects+of+interlayer+anion+and+Fe+(II):+Fe+(III)+ratio.">Kinetics of nitrate reduction by green rusts&#8212;effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio.</a> Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).</li><li>Trolard, F., Bourri&#233;, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fougerite+a+natural+layered+double+hydroxide+in+gley+soil:+habitus,+structure,+and+some+properties.">Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties.</a> Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application. , (2012).</li><li>van Oss, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specifically+Impermeable+Precipitate+Membranes.">Specifically Impermeable Precipitate Membranes.</a> Surface and Colloid Science. , 115-144 (1984).</li><li>Baaske, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extreme+accumulation+of+nucleotides+in+simulated+hydrothermal+pore+systems.">Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

ההיווצרות של מבנה גן כימי באמצעות שיטת הזרקה יכולה להתבצע על ידי ממשק כל שני פתרונות המכילים יונים תגובתי המייצרים משקע. ישנן מערכות תגובה אפשריות רבות שיפיקו מבני משקע ולמצוא את המתכון הנכון של יונים וריכוזי תגובה לגדול מבנה רצוי הוא עניין של ניסוי וטעייה. קצב הזרימה של פתרון ההזרקה נשלט על ידי משאבת מזרק לתכנות וזה גם יכול להיות מגוון בין ניסויים כדי לדמות שיעורים שונים של זרימת נוזל במערכת טבעית. המבנה של גנים כימיים תלוי בגורמים רבים, כוללים הרכב וקצב זרימה, וזה אפשרי לגדול מבנים קטנים כמו כמה שעות ועל פני תקופות ארוכות של ימים עד שבועות. אפשר גם להוסיף רכיבים אחרים עקבות של עניין לפתרון ההזרקה או מאגר, כגון מולקולות אורגניות או רכיבים אחרים חשבו להיות מבחינה גיאולוגית או ביולוגי רלוונטי &lt;sup&gt; 27,28. בהתאם לכימיה, רכיבים אלה עשויים להיות משולבים בתוך המשקע ו / או לעבור תגובות. ישנן שיטות שונות שכבר נוצלו בעבודה קודמת לגידול משקעים גן כימי, לרבות גידול ישיר מהמסת גבישים או &#39;כדורים&#39; 18,29 וניסויי הזרקה כמו אלה בהשתתפות כאן 30,31. לעצב ניסוי גן כימי שבו אפשר למדוד את פוטנציאל הממברנה באופן מהימן, יש ליצור דרך כלשהי עוטף לגמרי את חוט &quot;פנים&quot; בתוך קרום המשקע לאורך כל הניסוי. זה קשה (אם כי לא בלתי אפשרי 14) להשיג בניסויי גידול גבישים. בניסויי הזרקה קודמים 13, יש לנו בדרך כלל ציינו כי החוט חייב להיות ממוקם ישירות לנקודת ההזרקה, אחרת הגן הכימי לעתים קרובות &quot;מתחמק&quot; החוט ככל שהוא גדל, וכך leaving שני החוטים בפתרון המאגר ולא פוטנציאל הממברנה ניתן למדוד. גנים כימיים גדלו באמצעות הזרקה להשתנות ביציבות מבנית בהתאם למערכת מגיב הכימי (ים) המשמשת - מערכות לדוגמא, ברזל סיליקט או ברזל הידרוקסיד לתת מבנים חזקים יותר שיישארו עומדים כאשר נוזל המאגר יצק, ואילו מערכות ברזל-גופרתי טהורות נוטה לתת משקע הרבה יותר דביק, עדין שבקלות מתמוטט אם הפתרון מופרע. קריסה של הגן הכימי או כל שבירה משמעותית של הקרום תגרום השפעות מיידיות בפוטנציאל הקרום, כהפצות לא שוויוניות של מינים טעונים על פני הקרום לדמם החוצה. כך, בסוג זה של ניסוי, זה מאוד חשוב שהחוטים מאובטחים בקפידה לפני זריקה, כך שהם לא יזוזו כגן הכימי גדל, וכי ההתקנה ניסיונית / הזרקה היא יציבה ולא נדחף במהלך צמיחה. כיבעקבות ההזרקה של הנוזל זורם לתוך המאגר הוא מאלף, צינורות Tygon שקופים גמישים מומלץ על אפשרויות אחרות כגון פלדה אל חלד. צינורות ברורים מאפשר לתצפית של חלקיקי משקע להרכיב בתוך צינורות, מאפשר לאדם לעקור כפכפים, ומאפשרים זיהוי / הסרת בועות אוויר. החסרון של צינורות זו הוא שזה יכול להיות ניקב בקלות על ידי מחט המזרק (איור 6). אנחנו התנסינו במיתוג מזרקים על ידי החדרת המחט השנייה ישירות לתוך צינורות מהצד לפני ההזרקה הראשונה, ולא ממש נע צינורות ממזרק אחד למשנהו, אך טכניקה זו הייתה קשה מאוד להשיג ללא ניקוב. יתרון נוסף של צינורות Tygon הוא כי במקרה של ניקור מקרי תוך החדרת מחט, אפשר פשוט לחתוך את החלק המנוקב של הצינור וממחדש להכניס את המחט. הצמיחה של הקרום היא נוהלה על ידי בuoyancy ו, ובמידה פחותה, הלחץ של הזרקה. שינוי דרסטי בלחץ ההזרקה יכול לגרום לקריסה של הגן הכימי, במיוחד במערכות שאינם מייצרים משקעים חזקים. בעת מעבר מזרקים, חשוב להחזיק את המזרק שהוסר ב, או מעל, מפלס הנוזל כדי למנוע זרימה חזרה והסביר disaggregation. אירוע כזה יכול להיות גם להימנע על ידי הגדרת הניסוי כזה שמשאבת המזרק היא ברמה המשוערת של המאגרים. זה עושה הבדל קטן לנתונים פוטנציאל הממברנה אם הניסוי &quot;עוצר&quot; לאורכו של זמן בעת ​​מעבר מזרקים, כל עוד הגן הכימי נשאר באין מפריע. לפיכך מומלץ לעבור מזרקים בזהירות, אחד בכל פעם, ולהבטיח את המזרק שמחזיק את הלחץ הפנימי של הגן הכימי, כך שהוא לא יכול &quot;לזרום חזרה&quot;, לפני שעבר למשנהו. שיעור ההזרקה צריך להישמר למדי constנמלה בין הזריקות הראשונות ושנייה, ובאופן כללי לא צריכה להיות (מינימום זמן ניסוי ~ כמה שעות) מהר מדי, שכן לחץ הזרקה עודף קרע הקרום. ניסוי זה הוא תכליתי בכך שהוא מאפשר לחקירה של צמיחת משקע הרכבה עצמית במגוון רחב של מערכות תגובה, כוללים אלה שבמגיבים אחד או יותר נמצאים באותו הפתרון. החלפת מזרקים מאפשרת לאפשרות של גידול גן כימי יציב באמצעות כימיה תגובה אחת, ולאחר מכן באמצעות מבנה שכ&quot; כור כימי &quot;למרכיב שני עובר. לדוגמא, אם אחד רצה לבדוק האם יכולים להיקלט מולקולות אורגניות ו / או להגיב בתוך ארובה הידרותרמיות המורכבת ממינרלי ברזל 26, אחד יכול לגדול גן כימי של רכיבים אורגניים רלוונטיים ולאחר מכן להאכיל באמצעות מזרק שני של תמיסה המכיל, ל למשל, נוקלאוטידים, חומצות אמינו, פפטידים,או RNA 28. זה היה האפקט של adsorbing וסופג את הרכיבים האורגניים למשקע ולא מתפוגגים לתוך המאגר. בניסויים שלנו, אנו ציינו כי ההזרקה המשנית גרמה ארובות ברזל גופרי לגדול על גבי ארובות הידרוקסיד ברזל הקיימות, ככל הנראה באמצעות קרעים בקרום המקורי בשל לחץ נוזל. לפיכך, את הפנימיות של הארובות השונות יכול להיות מחובר במידה מסוימת לפחות, והחלקים של מינרלים שונים בקרום עשויים לשמש פונקציות שונות בתרחיש המקור-חיים, למשל, סולפידים מתכת חמצון הידרותרמיות H 2 / הפחתת CO 2 האוקיינוס 32,33 וברזל oxyhydroxides נהיגה תגובות פוספט וצמצום חנקתי לאמוניום באתר 5,34,35. ניתן לבצע חקירות מדע חומרי שימוש בסוג זה של ניסוי וכן; לדוגמא, בכוונה יוצר גינות כימיות של רכיבי קטליטי (למשל, Aluminosilicates) ולאחר מכן האכלת רכיבים אחרים (למשל, מולקולות או זרחנים אורגניים) דרכם להגיב. אפשר גם לחקור להרכיב חומרים שכבתיים לסירוגין מזרקים לייצר משקעים אורגניים שונים (כמו בRoszol וטיינבוק 2011 23). זה עניין פשוט לשמור את כלי תגובת פרט בתנאים אנאירוביים או כל אמיץ גז רצוי במהלך היווצרות גן כימית. המגבלות של סוג זה של ניסוי הן בעיקר בשל העובדה שמבני גן כימיים במערכות המונעות על ידי אינפלציה, ציפה והסעה קשים מאוד לשלוט. מבני המשקע יכולים להיות שבירים וקשים להסיר ולנתח לאחר הניסוי. בנוסף, מאז הצמיחה של הגן הכימי היא תמיד בלתי צפויה, על מנת להבטיח מדידה של פוטנציאל הממברנה, החוט &quot;החיצוני&quot; במאגר יש להרחיק מנקודת ההזרקה, כדי למנוע chemicaגן l עוטף שני החוטים. עם זאת, לוקח אמצעי זהירות זה אומר שהחוטים הם בדרך כלל לא באופן אידיאלי קרוב לממברנה. במקום זאת, ניתן להשיג מדידות פוטנציאל הממברנה אורגנית מדויקות על ידי גידול הקרום על תבנית נייר אפייה בין שני הפתרונות 36. בניסויי גן כימיים זה בדרך כלל לא ניתן לטעום ו / או למדוד (למשל pH,) פתרון הפנים; ניתוח מפורט בזמן אמת יכול להיעשות רק על פתרון המאגר. פתחי אוורור טבעיים גם יארחו שינויי טמפרטורה בין הנוזל המחומם הידרותרמיות (~ 70-100 ° C) והאוקיינוס ​​4, וכן כדי לדמות מערכות הידרותרמיות זה עשוי להיות רצוי לגדול הגן הכימי בטמפרטורה גבוהה ולחץ 37, אשר מהווה אתגרים עם ההתקנה המתוארת כאן. זה יהיה אפשרי לעטוף את הבקבוק במאגר סליל חימום על מנת לווסת את הטמפרטורה לפני התחילה; עם זאת, שונהסוג אף אוזן גרון של משאבה עשוי להיות נחוץ כדי לחמם את הפתרון דומה ההזרקה. כדי לדמות מערכת טבעית, ייתכן שיהיה צורך לכלול גזים מומסים (למשל, CO 2) בכל פתרון; אמנם זה עשוי להיות קל יותר להשיג במאגר (simulant האוקיינוס), זה ידרוש הכנה קפדנית יותר להזרקה (simulant הידרותרמיות). במערכות מים עמוקים, בלחץ הגבוה עלול להשפיע על צמיחה וכימיה ארובה, ו, בהתאם לניסוי, הגדלת לחץ גז בשני הנוזלים יכול להיות השפעה משמעותית (לדוגמא, מומס CO 2 עלולים לגרום למשקעים פחמה ברזל בגן הכימי , גם תלוי בלחץ ההידרוסטטי 6). שילוב טמפרטורה עלתה ולחץ בניסויי גן כימיים מסוג זה יוביל להרבה אפשרויות מעניינות, מאז טמפרטורה ולחץ משפיעים על המסיסות, משקעים, ומאפיינים ספציפיים של מינרלים רבים.

&quot;גנים כימיים&quot; הם משקעים אורגניים הרכבה עצמית המפותחים שבו שני נוזלים של chemistries מנוגד האינטראקציה 1,2. מבנים אורגניים הרכבה העצמית אלה היו הנושא של עניין מדעי במשך יותר ממאה בחלקו בשל המראה שלהם biomimetic, ורבים מחקרים ניסיוניים ותיאורטי כבר רדפו להבין את ההיבטים השונים מורכבים ופונקציות אפשריות של מערכות גן כימיות 3. דוגמאות טבעיות של גנים כימיים כוללות משקעים &quot;ארובה&quot; מינרלים שגדלים סביב מעיינות הידרותרמיות ומחלחל, וזה כבר טען כי אלה יכולים לספק סביבות מתקבלות על הדעת לחיים לצאת 4. לגדול גן כימי מדמה ארובת אוורור הידרותרמיות טבעי, פתרון מאגר צריך לייצג הרכב אוקיינוס ​​מדומה ופתרון הזרקה צריך לייצג את הנוזל הידרותרמיות שמזין לתוך האוקיינוס. הרבגוניות של o סוג זהניסוי F למערכות תגובה שונות מאפשר סימולציה של כמעט כל כימיה מוצעת אוקיינוס ​​/ הידרותרמיות נוזל, כוללים סביבות על כדור הארץ הקדום או בעולמות אחרים. על כדור הארץ הקדום, האוקיינוסים היו anoxic, חומצי (pH 5-6), והיה הכילו מומסים CO 2 באטמוספרה ופה 2 +, כמו גם פה III, Ni 2 +, Mn 2 +, NO 3 , ולא 2. תגובות כימיות בין מי ים ואת קרום אוקיינוס ​​ultramafic היו מיוצרות נוזל הידרותרמיות בסיסי המכיל מימן ומתאן, ובחלק ממקרים גופרתי (HS -) 4-8. הארובות נוצרו בסביבות פורקן בסיסי מוקדמות כדור הארץ ובכך יכולות היו כלולים oxyhydroxides ברזל / ברזל וסולפידים הברזל / ניקל, וזה כבר הציע שמינרלים אלה שאולי שימשו פונקציות קטליטי ופרוטו-האנזימטית מסוימות כלפי רתימת חיזור / הדרגתיים pH גיאוכימיים לנהוג הופעתה של metaboliמ&quot;ר 5. מים / ממשקים כמו כן, על עולמות אחרים, כגון שעלולים לארח (או אולי אירחו) רוק - כגון תחילת מארס, אירופה הירח של צדק, או הירח של שבתאי אנסלדוס - זה אפשרי, כי כימיה מים / רוק יכולה ליצור סביבות פורקן בסיסיות מסוגלים נהיגה כימיה prebiotic או אפילו מתן נישות למגורים לכל חיים קיימים 5,9-11. ניסוי הגן כימי הקלאסי כרוך גביש זרע של מלח מתכת, למשל tetrahydrate כלוריד ברזל FeCl 2 • 4H 2 O, שקוע בתמיסה המכילה אניוני תגובה, למשל סיליקט נתרן או &quot;כוס מים&quot;. המסת מלח מתכת, יצירת תמיסה חומצית מכילה פה 2 + ממשקים עם הפתרון בסיסי יותר (המכילה אניוני סיליקט וOH -) ומשקע קרום אורגני נוצר. מתנפח הקרום תחת לחץ האוסמוטי, התפרצויות, אז מחדש משקעיםt ממשק הנוזל החדש. תהליך זה חוזר עד הגבישים מתמוססים, וכתוצאה מכך בכיוון אנכי, מבנה משקע עצמי מאורגן עם מורפולוגיה מורכבת בשני סולמות מאקרו ומיקרו. תוצאות תהליך זה ממטרים בהפרדה המשיכה פתרונות כימיים מנוגדים על פני קרום הגן כימי אורגני, וההבדל של מין טעון על פני הקרום מניבה קרום פוטנציאל 12-14. מבני גן כימי מורכבים, מציגים הדרגתיים הלחנה מפנים לחיצוני 13,15-19, והקירות של המבנה לשמור על הפרדה בין פתרונות המנוגדים לתקופות ארוכות בזמן שנותרו מעט חדיר ליונים. בנוסף להיותו ניסוי אידיאלי למטרות חינוכיות (כפי שהם פשוט להפוך להפגנות בכיתה, והוא יכול לחנך את התלמידים על תגובות כימיות וארגון עצמי), יש לי גנים כימיים כייצוגים של assemb עצמי משמעות מדעיתly במערכות דינמיות, רחוק משיווי המשקל, הכולל שיטות שיכולים להוביל לייצור של חומרים מעניינים ושימושיים 20,21. גנים כימיים במעבדה גם ניתן לגדל באמצעות שיטות הזרקה, שבו התמיסה המכילה יונים מזרזים אחד מוזרקת באיטיות לתוך הפתרון השני המכיל את היון מזרז-שיתוף (או יונים). התוצאה היא ההיווצרות של מבני גן כימיים דומים לאלה של ניסויי צמיחת גביש, פרט לכך שהמאפיינים של המערכת והמשקע יכולים להיות נשלטו טובים יותר. יש שיטת ההזרקה כמה יתרונות משמעותיים. היא מאפשרת אחד כדי ליצור גן כימי באמצעות כל שילוב של מינים מזרזים או התאגדו; כלומר, יכולים להיות משולבים יונים מזרזים מרובים לתוך פתרון אחד, ו / או ניתן לכלול רכיבי מזרז לא-באו פתרון ללספוג / להגיב עם המשקע . פוטנציאל הקרום שנוצר בחומר כימימערכת גן ניתן למדוד בניסוי הזרקה אם האלקטרודה משולבת לתוך הפנים של המבנה, ובכך לאפשר מחקר אלקטרוכימי של המערכת. ניסויי הזרקה מציעים את היכולת להאכיל את פתרון ההזרקה לתוך הפנים של הגן הכימי למסגרות זמן שונים הנשלטות על ידי קצב ההזרקה או נפח מוזרק כולל; לכן ניתן להאכיל ברצף פתרונות שונים ולהשתמש במבנה זירז כמלכודת או כור. בשילוב, טכניקות אלו מאפשרים לסימולציות במעבדה של התהליכים המורכבים שיכולים היה להתרחש במערכת גן כימית טבעית בפורקן הידרותרמיות צוללת, כולל ארובה שנוצרה מהרבה תגובות משקעים בו זמנית בין האוקיינוס ​​ולפרוק נוזל (למשל, סולפידים מתכת ייצור, hydroxides , ו / או פחמתי וסיליקטים) 5,22. יכולות להיות מיושמות גם בטכניקות אלה לכל מערכת תגובת גן כימית כדי לאפשר היווצרות של סוגים חדשיםשל חומרים, למשל, צינורות או צינורות שכבתיים עם מינים תגובתי adsorbed 20,23. אנחנו נפרט כאן ניסוי דוגמא הכולל צמיחה בו זמנית של שני גנים כימיים, Fe 2 + המכילים מבנים בסביבת anoxic. בניסוי זה אנו משולבים כמויות זעירות של polyphosphates ו / או חומצות אמינו לפתרון ההזרקה הראשונית להתבונן השפיעו על המבנה. לאחר היווצרות ראשונית של הגן הכימי שלאחר מכן החליפו את פתרון ההזרקה להציג גופרתי כאניון מזרז משנית. מדידות של פוטנציאל קרום נעשו באופן אוטומטי בכל הניסוי. פרוטוקול זה מתאר כיצד להפעיל שני ניסויים בשימוש במשאבת מזרק כפול פעם אחת; הנתונים שמוצגים נדרשו ריצות מרובות של הליך זה. ספיקות גבוהות יחסית, pH הנמוך של ריכוזי המאגר ומגיב מועסקים בניסויים שלנו נועדו ליצור ארובה גדולה משקעים בsc הזמןAles המתאים לניסויי מעבדה של יום אחד. עם זאת, שיעורי זרימת נוזל במעיינות הידרותרמיות טבעיות יכולים להיות הרבה יותר מפוזר והריכוזים של מגיבים מזרזים (למשל, פה ו- S במערכת כדור הארץ מוקדמת) יכולים להיות בסדר גודל נמוך 4; כך, משקעים מובנים יהוו על לוחות זמנים ארוכים יותר והאוורור יכול להיות פעיל במשך עשרות אלפי שנים 24,25.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Syringe Pump</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-831-3</td>
			<td>Dual or multiple channel, depending on desired number of simultaneous experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrous chloride tetrahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>I90500</td>
			<td>Ferrous Chloride Tetrahydrate (Crystalline/Certified)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferric chloride hexahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>I88-100&#160;</td>
			<td>Ferric&#160;Chloride&#160;Hexahydrate&#160;(Lumps/Certified ACS)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S5881</td>
			<td>reagent grade, &#8805;98%, pellets (anhydrous)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfide nonahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>S425212</td>
			<td>Sodium Sulfide Nonahydrate (Crystalline/Certified ACS).&#160; Store at -20C. 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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium pyrophosphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">322431</td>
			<td>97%, http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/322431?lang=en&#38;region=US</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Alanine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7627</td>
			<td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a7627?lang=en&#38;region=US</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes (10cc)</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-823-16E</td>
			<td>BD&#8482; Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe needles (16 gauge)</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-826-18B</td>
			<td>BD&#8482; General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 16 G x 1.5 in. (38mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>EW-06407-71</td>
			<td>Tygon Lab Tubing, Non-DEHP, 1/16&#34;ID X 1/8&#34;OD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum seals</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>0337523C</td>
			<td>Thermo Scientific&#8482; National&#8482; Headspace 20mm Crimp Seals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gray butyl stoppers</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>0337522AA</td>
			<td>Thermo Scientific&#8482; National&#8482; 20mm Septa for Headspace Vials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serum bottles</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>33110-U</td>
			<td>Vials, crimp top, serum bottle, size 100 mL, clear glass, O.D. &#215; H 51.7 mm &#215; 94.5 mm. For these experiments, the bottom of the serum bottle should be cut off.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette tips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>53511-682</td>
			<td>pipette tips 0.5-10 microliters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8073K661</td>
			<td>Solid Single-Conductor Wire, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

chemical gardens as flow-through reactors simulating natural hydrothermal systems

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment allows for testing of various proposed ocean / hydrothermal fluid chemistries that could have driven reactions toward the origin of life in environments on the early Earth, early Mars, or even other worlds such as the icy moons of the outer planets. We show experiments that include growth of chemical garden structures under anoxic conditions simulating the early Earth, inclusion of trace components of phosphates / organics in the injection solution to incorporate them into the structure, a switch of the injection solution to introduce a secondary precipitating anion, and the measurement of membrane potentials generated by chemical gardens. Using this method, self-assembling chemical garden structures were formed that mimic the natural chimneys precipitated at submarine hydrothermal springs, and these precipitates can be used successfully as flow-through reactors by feeding through multiple successive &#8220;hydrothermal&#8221; injections.

לאחר פתרון ההזרקה התחיל להאכיל לתוך תמיסת המאגר, משקע גן כימי החל להיווצר בממשק הנוזל ומבנה זה המשיך לגדול במהלך ההזרקה (האיורים 4-7). בניסויים שדווחו כאן, הזריקה הראשונה הייתה נתרן הידרוקסידי (אשר יכול להיות שונה כדי לכלול L-אלנין ו / או pyrophosphate), ופתרון המאגר היה 1: 3 תערובת של Fe 3+ / Fe 2+, מניב מעורב --redox מדינת משקע oxyhydroxide הברזל. גנים הכימיים בדרך כלל הציגו מורפולוגיה צבע כפולה - כמה חתיכות של המשקע היו ירוק כהים (כנראה מצביע oxyhydroxide מעורב) וחלקים אחרים היו כתומים (כנראה מעידות בעיקר Fe 3+ -oxyhydroxide / תחמוצת). ברזל oxyhydroxide גנים כימיים היו נאה למדי מבנים חזקים והיו לעתים קרובות תוכל להישאר זקוף כאשר פתרון המאגר הוסר מהספינה לאחר ההזרקה (אלחוטיאיור 8). במשקעים המכילים Fe-oxyhydroxide רק, גנים הכימיים בדרך כלל נוצרו כמה סניפים; עם זאת, כאשר אלאנין חומצת אמינו הידרופובי נכלל בפתרון ההזרקה, גנים הכימיים נטו ליצור פחות סניפים או אפילו עמודה אחת של משקע. עיכוב זה של מתפרץ ומסתעף ככל הנראה מצביע על כך שהתוספת של אלאנין מייצרת קיר גן כימי עמיד יותר 26. תחת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק סביבתי (ESEM), משקעים שנוצרו בנוכחות אלאנין הופיעו יותר מעוגלים ואמורפי, ואילו משקעים טהורים Fe-oxyhydroxide (כמו גם אלה המכילים pyrophosphate) הופיעו יותר גבישים (איור 9). כאשר pyrophosphate נכלל בפתרון ההזרקה, גן כימי Fe-oxyhydroxide מסועף שנוצר, ומשקע נוסף ירוק מעונן (pyrophosphate ברזל הסביר) שנוצר והוארך מהקצוות של המבנה (איור 10). Tמשקע הפלומה הירוק שלו לא היה חלק מהגן הכימי, וכאשר פתרון המאגר הוסר, הנוצות התמוטטו ולא לצבור גם למבנה הראשי. פוטנציאל הממברנה בניסויי גן כימיים נוצר ברגע שהגן הכימי הפך גלוי (לא היה זמן שפיגור, כפתרון ההזרקה נסע דרך צינורות). בניסויים שבם פתרון ההזרקה היה NaOH, NaOH עם אלאנין, או NaOH עם pyrophosphate, הפוטנציאל נטה להגיע לשיא מייד סביב 0.45-0.55 V ולאחר מכן ירד כלשעה לפני הייצוב סביב 0.1-0.2 V לשאר ההזרקה הראשונית . (בניסויים שבם ההזרקה העיקרית הייתה pyrophosphate NaOH + + אלאנין, המתח לא שיא בשווי גבוה יותר של ~ 0.45-0.55; במקום זאת, הוא נשאר בסביבה ~ 0.2 להזרקה העיקרית כולו.) היו הבדלים בפוטנציאל הממברנה ב חוזר מאותו הניסוי (איור 11) &lt;strong&gt;, אך הדפוסים שנצפו היו פחות או יותר עקביים לאורך ארבע חזרות של כל כימיה הזרקה. כאשר המזרקים העיקריים החליפו למזרקים המכילים נתרן גופרתי המשניים, הגן הכימי המשיך לגדול, פרט לכך שהגידולים החדשים הגלויים היו עכשיו גופרתי ברזל שחור. במקום לתרום לקירות הקיימים, מנות הגופר השחורות של הגן הכימי הופיעו למתפצלות ולגדול בנפרד. ברגע שפתרון הזרקת גופרי הגיע לגן הכימי, פוטנציאל הממברנה קפץ מייד ל~ 0.9 V. הערך של הפוטנציאל הגיע במהלך ההזרקה המשנית היה זהה עבור כל הניסויים, ללא קשר לפתרון ההזרקה הראשוני (איור 10). סיבה לכך הוא הפוטנציאל בניסויי גן כימיים הוא בעיקר בשל הכימיה בין פתרונות ממשק שני, ומאז פתרונות ההזרקה המשניים שלנו היו כל 50 מ&quot;מ Na 2 S • 9 השעות <sub<html> &gt; 2 O ופתרון המאגר לא שינה, המתח שנוצר היו דומים. אנחנו בדרך כלל שנערכו ארבעה ניסויי גן כימי בבת אחת, באמצעות ארבעה בקבוקי מאגר שהואכלו על ידי ארבעה מזרקים נפרדים וכל מונעים באותו השיעור על ידי משאבת המזרק. שימוש באותה הכימיה בכל ארבע הכפילויות, לעתים קרובות אנו נצפו וריאציות רבות במבנה גן כימי (גודל כולל, מספר הסניפים), כמו גם שינויים בפוטנציאל הממברנה בטווח של 0.1-0.2 V. זה חוסר שחזור הוא צפוי בניסויים רחוקים משיווי המשקל כאשר כל כך הרבה תלוי במורכבות של התנאים הראשוניים. סביר להניח כי ההיווצרות האקראית של מבנה בגנים כימיים לעתים מובילה ללזרז קרומים עם משתנה חדירות ליונים; במקרים מסוימים, פתרונות ההזרקה ומאגר הם כנראה נפרדים טוב יותר ובכך את פוטנציאל הקרום הוא מסוגל להישמר לתקופה ארוכה יותר. class = &quot;jove_content&quot;&gt; אנו אפשרו הזריקות להמשיך ב2-3 מיליליטר / שעה, והניסוי הופסק לאחר שעה 2 להזרקה הראשונית ושעה 3 נוספת להזרקה המשנית. במהלך תקופה זו, פוטנציאל הקרום נשאר בערך האופייני שלה ללפי הזרקת פתרון היה בשימוש. אם זריקות נעצרו, אז הפוטנציאל נרקב לאט חזרה לאפס כפתרוני פנים וחוץ equilibrated. (במערכות ברזל הידרוקסיד, אם ההזרקה הופסקה, הארובות היו לפעמים לפזר על פני כמה ימים, בשל החומציות נמוכה מאוד (~ 2) לפתרון המאגר.) <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig1.jpg" /> איור 1. הכנת כלי התגובה. כלי תגובה לניסויי גן כימי הזרקה נעשו על ידי חיתוך החלק התחתון של בקבוק סרום 100 מיליליטר, החדרת קצה פיפטה באמצעות מחיצה w<html> hich היה אז מלחץ אטום לבקבוק, ומצרף צינור שדרכו כדי להאכיל את פתרון ההזרקה. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig2.jpg" /> איור 2. מיקום של החוטים בכלי תגובת הגן הכימי. צפה ב() מלמעלה, מראה את המיקום של האלקטרודה &quot;הפנימית&quot; לצמצם ההזרקה. חוט זה אפף אותו הגן הכימי כאשר הוא החל לגדול. אלקטרודה &quot;החיצונית&quot; נאלצה להישאר רחוק יותר מנקודת ההזרקה כך שזה לא נגע ללב הגן הכימי גדל. (ב) Secure חוטים עם סרט, כך שהם לא זזים במהלך הניסוי.= &quot;_ Blank&quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig3.jpg" /> איור 3. יצירה אמיץ N 2. לאחר פתרון המאגר הוסיף, חותם אטום הוקם מעל הכלי עם Parafilm (המכסה את האלקטרודות גם כן), ולאחר מכן הזנת N אור 2 הוכנסה כדי לשמור על תנאי anoxic לאורך צמיחת הגן הכימי. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig4.jpg" /> איור 4. צמיחת זמן לשגות של גן כימי. ניסוי זה הכיל 75 מ&quot;מ FECl 2 • 4H 2 O ו- 25 מ&quot;מ FeCl 3 • 6H 2 O בפתרון המאגר. הזריקה הראשונה הייתה 0.1 M NaOH + 10 מ&quot;מ K 2 P 4 O 7, ולאחר 180 דקות ההזרקה הודלקה 50 מ&quot;מ Na 2 S • 9 השעות 2 א <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig4large.jpg" target="_blank">&#39;אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig5.jpg" /> איור 5. פוטנציאל ממברנה. פוטנציאל קרום נוצר כגן כימי גדל סביב האלקטרודה הפנים. לאחר ההזרקה הראשונית של הידרוקסיד שיצר את מבנה המשקע ראשון, המזרק היה עבר עם מזרק של פתרון נתרן גופרתי. בניסוי זה פתרון המאגר היה 75 מ&quot;מ FeCl 2 • 4H 2 O + 25 מ&quot;מ FeCl <sub&gt; 3 • 6 שעות 2 O, ההזרקה העיקרית היו 0.1 M NaOH, וההזרקה המשנית הייתה 50 מ&quot;מ Na 2 S • 9 שעות 2 א <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig5large.jpg" target="_blank">&#39;אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig6.jpg" /> איור 6. מזרק. הכנסה נכונה של מחט המזרק לתוך צינורות פלסטיק גמישים (). יש להקפיד שלא לנקב את הצינור -. דוגמא של הכנסה לא נכונה מוצגת ב( ב &#39;) <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig7.jpg" /> <stRong&gt; איור 7. גנים כימיים לאחר הזרקה ראשונית ומשנית. גנים כימיים גדלו בפתרונות מאגר של 75 מ&quot;מ FeCl 2 • 4H 2 O + 25 מ&quot;מ FeCl 3 • 6 שעות 2 O, מוצגים לאחר ההזרקה הראשונית של 0.1 M NaOH (בתוספת תוספים של אלאנין ו / או K 2 P 4 O 7 מפורטים בטבלה 1) ולאחר ההזרקה המשנית של 50 מ&quot;מ Na 2 S • 9 השעות 2 א <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig7large.jpg" target="_blank">&#39;אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig8.jpg" /> איור 8. משקע יציבות. Fe (II / III) גנים כימיים -hydroxide לפעמים יכול לשמור על יציבות מבנית לאחר פתרון המאגר הוא הסיר בזהירות. המשקע אז יכול להיות שנדגמו לניתוח נוסף אם<html> רצוי. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig8large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig9.jpg" /> איור 9. הסביבה סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים הדמיה. () Fe (II / III) גנים כימיים -hydroxide, (ב) פה (II / III) גנים כימיים -hydroxide מכילים K 2 P 4 O 7, ו- (ג) פה ( II / III) גנים כימיים -hydroxide מכיל אלאנין. כל התמונות הן של גינות כימיות לאחר ההזרקה הראשונית בלבד. משקעים שהתאגדו אלאנין הופיעו מעוגלים ופחות גבישים מהמשקעים של רק פה (II / III) -hydroxide ופה (II / III) -hydroxide מכיל K 2 P 4 O 7.&quot;Target =&quot; _ .jpg blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 10" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig10.jpg" /> גני איור 10. כימי גדלו בפתרון מאגר של 75 2 • 4H 2 O + 25 פתרון 3 O. הזרקה • 6H 2 (א) מ&quot;מ FeCl מ&quot;מ FeCl כלול 0.1 M NaOH + 10 מ&quot;מ K 2 P 4 O 7. פתרון הזרקה (B) הכיל 0.1 M NaOH + 10 מ&quot;מ K 2 P 4 O 7 + 10 מ&quot;מ אלאנין. בגנים כימיים שבו פתרון ההזרקה כלול K 2 P 4 O 7, נוצות משקע ירוקות (חיצים) נוצרו ליד יחסי הציבור המוצקסניפי ecipitate, אבל נוצות אלה לא מצטברים באופן מלא למבנה העיקרי והתמוטטו כאשר פתרון המאגר הוסר. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig10large.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 11" src="/files/ftp_upload/53015/53015fig11.jpg" /> איור 11. פוטנציאל ממברנה שנוצר בגנים כימיים גדל בפתרונות מאגר של 75 מ&quot;מ FeCl 2 • 4H 2 O + 25 מ&quot;מ FeCl 3 • 6H 2 O. ארבע חזרות של כל ניסוי מוצגות. הפוטנציאל נוצר בהקדם פתרון ההזרקה נסע עד הצינור ופנה לפתרון מאגר לייצר מבנה משקע עוטף את האלקטרודה הפנימית. המבנה המשיך לגדול כהזרקה הראשונית המשיכה. כאשר המזרק היה החליף לפתרון נתרן גופרתי וההזרקה המשנית החלה (חיצים), הפוטנציאל מוגבר ל0.9-1.0 V. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53015/53015fig11large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> פתרון מאגר (100 מיליליטר) </td><td> הזרקה העיקרית (6 מיליליטר) </td><td> קצב הזרקה ראשוני </td><td> 1max V (ממוצע) </td><td> הזרקה משנית (6 מיליליטר) </td><td> קצב הזרקה המשני </td><td> 2max V (ממוצע) </td></tr><tr><td rowspan="4"> 75 מ&quot;מ FeCl 2 • 4H 2 O + 25 מ&quot;מ FeCl 3 • 6H 2 O </td><td> 0.1 M NaOH </td><td> 3 מיליליטר / שעה </td><td> .431 V, σ = 0.002 </td><td rowspan=&quot;4&quot;&gt; 50 מ&quot;מ Na 2 S • 9 שעות 2 O </td><td> 2 מיליליטר / שעה </td><td> 0.881 V, σ = .047 </td></tr><tr><td> 0.1 M NaOH + 10 מ&quot;מ 4 K P 2 O 7 </td><td> 3 מיליליטר / שעה </td><td> .473 V, σ = 0.016 </td><td> 2 מיליליטר / שעה </td><td> .914 V, σ = 0.040 </td></tr><tr><td> 0.1 M NaOH + אלאנין 10 מ&quot;מ </td><td> 3 מיליליטר / שעה </td><td> .485 V, σ = 0.044 </td><td> 2 מיליליטר / שעה </td><td> .929 V, σ = 0.015 </td></tr><tr><td> 0.1 M NaOH + 10 מ&quot;מ K 4 P אלאנין 2 O 7 + 10 מ&quot;מ </td><td> 3 מיליליטר / שעה </td><td> .239 V, σ = 0.061 </td><td> 2 מיליליטר / שעה </td><td> .923 V, σ = 0.033 </td></tr></tbody></table> מתחי טבלה 1. שנוצרו בגנים כימיים שנוצרו על ידי הזרקה לאט ראשון עיקרי, אז, פתרון משנית למאגר. 1max V (ממוצע) ו2max V (ממוצע) הם ממוצע של המתח הגבוה ביותר שהופק במהלך ראשוניוזריקות המשניות, בהתאמה; σ הוא סטיית התקן.

Watch this Scientific Journal Video about Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems at JoVE.com

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

We describe chemical garden formation via injection experiments that allow for laboratory simulations of natural chemical garden systems that form at submarine hydrothermal vents.

כימית גנים כזרימה דרך מערכות הידרותרמיות טבעיות כורי מדמה

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

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

14.4K Views.  California Institute of Technology. We describe chemical garden formation via injection experiments that allow for laboratory simulations of natural chemical garden systems that form at submarine hydrothermal vents.

Video: Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

Free Radicals in Chemical Biology: from Chemical Behavior to Biomarker Development

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological processes. This subject embraces diverse scientific areas, spanning from physical, biological and bioorganic chemistry to biology and medicine, with applications to the amelioration of quality of life, health and aging. Multidisciplinary skills are required for the full investigation of the many facets of radical processes in the biological environment and chemical knowledge plays a crucial role in unveiling basic processes and mechanisms. We developed a chemical biology approach able to connect free radical chemical reactivity with biological processes, providing information on the mechanistic pathways and products. The core of this approach is the design of biomimetic models to study biomolecule behavior (lipids, nucleic acids and proteins) in aqueous systems, obtaining insights of the reaction pathways as well as building up molecular libraries of the free radical reaction products. This context can be successfully used for biomarker discovery and examples are provided with two classes of compounds: mono-trans isomers of cholesteryl esters, which are synthesized and used as references for detection in human plasma, and purine 5',8-cyclo-2'-deoxyribonucleosides, prepared and used as reference in the protocol for detection of such lesions in DNA samples, after ionizing radiations or obtained from different health conditions.

Radical-based biomimetic chemistry has been applied to building-up libraries necessary for biomarker development.

רדיקלים חופשיים בביולוגיה כימית: מהתנהגות כימית לפיתוח סמנים ביולוגיים

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological ...

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. Specifically, the sapphire cell enables visual data collection from multiple loadings to solve a set of material balances to precisely determine phase composition. Ternary phase diagrams can then be established to determine the proportion of each component in each phase at a given condition. In principle, any ternary system can be studied although ternary systems (gas-liquid-liquid) are the specific examples discussed herein. For instance, the ternary THF-Water-CO2 system was studied at 25 and 40&#160;&#176;C and is described herein. Of key importance, this technique does not require sampling. Circumventing the possible disturbance of the system equilibrium upon sampling, inherent measurement errors, and technical difficulties of physically sampling under pressure is a significant benefit of this technique. Perhaps as important, the sapphire cell also enables the direct visual observation of the phase behavior. In fact, as the CO2 pressure is increased, the homogeneous THF-Water solution phase splits at about 2 MPa. With this technique, it was possible to easily and clearly observe the cloud point and determine the composition of the newly formed phases as a function of pressure.
The data acquired with the sapphire cell technique can be used for many applications. In our case, we measured swelling and composition for tunable solvents, like gas-expanded liquids, gas-expanded ionic liquids and Organic Aqueous Tunable Systems (OATS)1-4. For the latest system, OATS, the high-pressure sapphire cell enabled the study of (1) phase behavior as a function of pressure and temperature, (2) composition of each phase (gas-liquid-liquid) as a function of pressure and temperature and (3) catalyst partitioning in the two liquid phases as a function of pressure and composition. Finally, the sapphire cell is an especially effective tool to gather accurate and reproducible measurements in a timely fashion.

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus is a unique tool to study, without sampling, phase behavior under a wide range of pressures. Using a cathetometer, very precise volume measurements can be recorded to measure liquid expansion and phase composition. Thus, this synthetic method enables the study of (1) phase equilibria of multi-component mixtures and (2) the partition behavior of catalyst or model compounds as a function of pressure.

תא ספיר בלחץ גבוהים למדידות שלב שיווי משקל של CO<sub&gt; 2</sub&gt; מערכות אורגניות / / מים

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

Ethylene Polymerizations Using Parallel Pressure Reactors and a Kinetic Analysis of Chain Transfer Polymerization

We demonstrate a method for high-throughput catalyst screening using a parallel pressure reactor starting from the initial synthesis of a nickel &#945;-diimine ethylene polymerization catalyst. Initial polymerizations with the catalyst lead to optimized reaction conditions, including catalyst concentration, ethylene pressure and reaction time. Using gas-uptake data for these reactions, a procedure to calculate the initial rate of propagation (kp) is presented. Using the optimized conditions, the ability of the nickel &#945;-diimine polymerization catalyst to undergo chain transfer with diethylzinc (ZnEt2) during ethylene polymerization was investigated. A procedure to assess the ability of the catalyst to undergo chain transfer (from molecular weight and 13C NMR data), calculate the degree of chain transfer, and calculate chain transfer rates (ke) is presented.

A protocol for the high-throughput analysis of polymerization catalyst, chain transfer polymerizations, polyethylene characterization, and reaction kinetic analysis is presented.

Polymerizations אתילן באמצעות כורי לחץ מקבילים וניתוח קינטי של העברת פלמור שרשרת

We demonstrate a method for high-throughput catalyst screening using a parallel pressure reactor starting from the initial synthesis of a nickel ...

Development of a Backbone Cyclic Peptide Library as Potential Antiparasitic Therapeutics Using Microwave Irradiation

Protein-protein interactions (PPIs) are intimately involved in almost all biological processes and are linked to many human diseases. Therefore, there is a major effort to target PPIs in basic research and in the pharmaceutical industry. Protein-protein interfaces are usually large, flat, and often lack pockets, complicating the discovery of small molecules that target such sites. Alternative targeting approaches using antibodies have limitations due to poor oral bioavailability, low cell-permeability, and production inefficiency.
Using peptides to target PPI interfaces has several advantages. Peptides have higher conformational flexibility, increased selectivity, and are generally inexpensive. However, peptides have their own limitations including poor stability and inefficiency crossing cell membranes. To overcome such limitations, peptide cyclization can be performed. Cyclization has been demonstrated to improve peptide selectivity, metabolic stability, and bioavailability. However, predicting the bioactive conformation of a cyclic peptide is not trivial. To overcome this challenge, one attractive approach it to screen a focused library to screen in which all backbone cyclic peptides have the same primary sequence, but differ in parameters that influence their conformation, such as ring size and position.
We describe a detailed protocol for synthesizing a library of backbone cyclic peptides targeting specific parasite PPIs. Using a rational design approach, we developed peptides derived from the scaffold protein Leishmania receptor for activated C-kinase (LACK). We hypothesized that sequences in LACK that are conserved in parasites, but not in the mammalian host homolog, may represent interaction sites for proteins that are critical for the parasites&#39; viability. The cyclic peptides were synthesized using microwave irradiation to reduce reaction times and increase efficiency. Developing a library of backbone cyclic peptides with different ring sizes facilitates a systematic screen for the most biological active conformation. This method provides a general, fast, and facile way to synthesize cyclic peptides.

A simple and general method for the synthesis of cyclic peptides using microwave irradiation is outlined. This procedure enables the synthesis of backbone cyclic peptides with a collection of different conformations while retaining the side chains and the pharmacophoric moieties., and therefore, allows to screen for the bioactive conformation.

פיתוח של עמוד השדרה ספריית פפטיד מחזורי כנגד טפילי פוטנציאל Therapeutics שימוש מיקרוגל הקרנה

Protein-protein interactions (PPIs) are intimately involved in almost all biological processes and are linked to many human diseases. Therefore, there is ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical properties for applications in photonics, drug delivery and coating technology. Here we present a new family of colloidal building blocks, coined supramolecular colloids, whose self-assembly is controlled through surface-functionalization with a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derived supramolecular moiety. Such BTAs interact via directional, strong, yet reversible hydrogen-bonds with other identical BTAs. Herein, a protocol is presented that describes how to couple these BTAs to colloids and how to quantify the number of coupling sites, which determines the multivalency of the supramolecular colloids. Light scattering measurements show that the refractive index of the colloids is almost matched with that of the solvent, which strongly reduces the van der Waals forces between the colloids. Before photo-activation, the colloids remain well dispersed, as the BTAs are equipped with a photo-labile group that blocks the formation of hydrogen-bonds. Controlled deprotection with UV-light activates the short-range hydrogen-bonds between the BTAs, which triggers the colloidal self-assembly. The evolution from the dispersed state to the clustered state is monitored by confocal microscopy. These results are further quantified by image analysis with simple routines using ImageJ and Matlab. This merger of supramolecular chemistry and colloidal science offers a direct route towards light- and thermo-responsive colloidal assembly encoded in the surface-grafted monolayer.

A protocol for the synthesis and characterization of colloids coated with supramolecular moieties is described. These supramolecular colloids undergo self-assembly upon the activation of the hydrogen-bonds between the surface-anchored molecules by UV-light.

סינתזה ואפיון של קולואידים מולקולריים

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Laboratory Production of Biofuels and Biochemicals from a Rapeseed Oil through Catalytic Cracking Conversion

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil (HGO) for production of transportation fuels through a fluid catalytic cracking (FCC) route. Cracking experiments are performed with a fully automated reaction unit at a fixed weight hourly space velocity (WHSV) of 8 hr-1, 490-530 &#176;C, and catalyst/oil ratios of 4-12 g/g. When a feed is in contact with catalyst in the fluid-bed reactor, cracking takes place generating gaseous, liquid, and solid products. The vapor produced is condensed and collected in a liquid receiver at -15 &#176;C. The non-condensable effluent is first directed to a vessel and is sent, after homogenization, to an on-line gas chromatograph (GC) for refinery gas analysis. The coke deposited on the catalyst is determined in situ by burning the spent catalyst in air at high temperatures. Levels of CO2 are measured quantitatively via an infrared (IR) cell, and are converted to coke yield. Liquid samples in the receivers are analyzed by GC for simulated distillation to determine the amounts in different boiling ranges, i.e., IBP-221 &#176;C (gasoline), 221-343 &#176;C (light cycle oil), and 343 &#176;C+ (heavy cycle oil). Cracking of a feed containing canola oil generates water, which appears at the bottom of a liquid receiver and on its inner wall. Recovery of water on the wall is achieved through washing with methanol followed by Karl Fischer titration for water content. Basic results reported include conversion (the portion of the feed converted to gas and liquid product with a boiling point below 221 &#176;C, coke, and water, if present) and yields of dry gas (H2-C2's, CO, and CO2), liquefied petroleum gas (C3-C4), gasoline, light cycle oil, heavy cycle oil, coke, and water, if present.

This paper presents an experimental method to produce biofuels and biochemicals from canola oil mixed with a fossil-based feed in the presence of a catalyst at mild temperatures. Gaseous, liquid, and solid products from a reaction unit are quantified and characterized. Conversion and individual product yields are calculated and reported.

הפקת מעבדה של דלק ביולוגי ביוכימיים מתוך שמן לפתית באמצעות מרת פיצוח קטליטי

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil ...

Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and Fukushima (Japan, 2011). Research on the causes, dynamics, and consequences of these mishaps has been performed in a few laboratories worldwide in the last three decades. Common goals of such research activities are: the prevention of these kinds of accidents, both in existing and potential new nuclear power plants; the minimization of their eventual consequences; and ultimately, a full understanding of the real risks connected with NPPs. At the European Commission Joint Research Centre&#39;s Institute for Transuranium Elements, a laser-heating and fast radiance spectro-pyrometry facility is used for the laboratory simulation, on a small scale, of NPP core meltdown, the most common type of severe accident (SA) that can occur in a nuclear reactor as a consequence of a failure of the cooling system. This simulation tool permits fast and effective high-temperature measurements on real nuclear materials, such as plutonium and minor actinide-containing fission fuel samples. In this respect, and in its capability to produce large amount of data concerning materials under extreme conditions, the current experimental approach is certainly unique. For current and future concepts of NPP, example results are presented on the melting behavior of some different types of nuclear fuels: uranium-plutonium oxides, carbides, and nitrides. Results on the high-temperature interaction of oxide fuels with containment materials are also briefly shown.

We present experiments in which real nuclear fuel, cladding, and containment materials are laser heated to temperatures beyond 3,000 K while their behavior is studied by radiance spectroscopy and thermal analysis. These experiments simulate, on a laboratory scale, the formation of a lava-phase following a nuclear reactor core meltdown.

לייזר-חימום, ספקטרומטר Radiance לחקר חומרים גרעיניים בתנאים הדמיית תאונת הגרעין

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

Minimum Burning Pressures of Water-based Emulsion Explosives

This manuscript describes a protocol to measure the minimum pressure required for sustained burning of water-based emulsion explosives. Pumping water-based emulsion explosives for blasting applications can be very hazardous, as demonstrated by a number of pump accidents around the globe in the last decades, including some that resulted in fatalities. In Canada, the recognition of this hazard has led to the development of pumping guidelines that were endorsed by both the explosives industry and the Explosive Regulatory Division of the Canadian government. In these guidelines, it was noted that the minimum burning pressures (MBP) measured in a laboratory would provide a good guide to characterize the behaviour of these products in pumping systems. The same guidelines also call for the design of pump systems that prevent, whenever possible, pressures from exceeding the MBP of the product being pumped. At the time of publication of these guidelines, a methodology existed for measuring such MBP values but it had never been validated to measure the MBP of ammonium nitrate water-based emulsions (AWEs). AWEs are now used much more widely than any other water-based explosives and precursors in on-site bulk loading operations.
The Canadian Explosives Research Laboratory (CanmetCERL) has been conducting research over the last ten years to develop a validated testing protocol to measure and interpret representative MBP values for AWEs. The test, as it is performed today, will be described and the critical components will be justified by reference to recent published data. Results of MBP measurements, for a range of AWE products, will be presented. Inclusion of the MBP test in the test standards for the authorization of high explosives in Canada will also be discussed.

We present an apparatus based on hot-wire ignition in a pressurized enclosure and an associated methodology to measure the minimum pressure required to induce sustained combustion in water-based emulsion explosives. This method improves product characterization to allow one to use them more safely during pumping and mixing operations.

מינימום שריפת לחצים של חומרי נפץ אמולסיה על בסיס מים

This manuscript describes a protocol to measure the minimum pressure required for sustained burning of water-based emulsion explosives. Pumping ...

Utilization of Stop-flow Micro-tubing Reactors for the Development of Organic Transformations

A new reaction screening technology for organic synthesis was recently demonstrated by combining elements from both continuous micro-flow and conventional batch reactors, coined stop-flow micro-tubing (SFMT) reactors. In SFMT, chemical reactions that require high pressure can be screened in parallel through a safer and convenient way. Cross-contamination, which is a common problem in reaction screening for continuous flow reactors, is avoided in SFMT. Moreover, the commercially available light-permeable micro-tubing can be incorporated into SFMT, serving as an excellent choice for light-mediated reactions due to a more effective uniform light exposure, compared to batch reactors. Overall, the SFMT reactor system is similar to continuous flow reactors and more superior than batch reactors for reactions that incorporate gas reagents and/or require light-illumination, which enables a simple but highly efficient reaction screening system. Furthermore, any successfully developed reaction in the SFMT reactor system can be conveniently translated to continuous-flow synthesis for large scale production.

A protocol for organic reaction screening using stop-flow micro-tubing (SFMT) reactors employing gaseous reactants and/or visible-light mediated reactions is presented.

ניצול של עצור זרימת מיקרו-אבובים כורים לפיתוח של המרות אורגני

A new reaction screening technology for organic synthesis was recently demonstrated by combining elements from both continuous micro-flow and conventional ...

Reducing Willow Wood Fuel Emission by Low Temperature Microwave Assisted Hydrothermal Carbonization

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative environmental impact and slag formation. The selected short rotation coppice (SRC) willow wood has a high ash content (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58970/58970eq1.jpg" /> = 1.96%) and, therefore, a high content of emission and slag precursors. Therefore, the reduction of minerals from SRC willow wood by low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization (MAHC) at 150 &#176;C, 170 &#176;C, and 185 &#176;C is investigated. An advantage of MAHC over conventional reactors is an even temperature conductance in the reaction medium, as microwaves penetrate the whole reactor volume. This allows a better temperature control and a faster cooldown. Therefore, a succession of depolymerization, transformation and repolymerization reactions can be analyzed effectively. In this study, the analysis of the mass loss, ash content and composition, heating values and molar O/C and H/C ratios of the treated and untreated SCR willow wood showed that the mineral content of the MAHC coal was reduced and the heating value increased. The process water showed a decreasing pH and contained furfural and 5-methylfurfural. A process temperature of 170 &#176;C showed the best combination of energy input and ash component reduction. The MAHC allows a better understanding of the hydrothermal carbonization process, while a large-scale industrial application is unlikely because of the high investment costs.

A protocol for the emission precursor depletion from low quality biomass by low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization treatment is presented. This protocol includes the microwave parameters and the analysis of the biocoal product and process water.

הפחתת הדלק של ווילו ווד על ידי מיקרוגל טמפרטורה נמוכה בסיוע הידרותרמי פחמון

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative ...