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. اعتبارات السلامة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام معدات الوقاية الشخصية (معطف المختبر، نظارات واقية وقفازات النتريل، والأحذية المناسبة) لمنع ضد تسرب أو الإصابة الكيميائية. استخدام المحاقن والإبر، والحرص على عدم ثقب القفازات. رعاية أثناء الإعداد التجربة للتحقق من جهاز للكشف عن التسربات عن طريق إجراء الحقن الأولى مع ضعف المقطر H 2 O ([ده 2 O)، وتحقق الاستقرار في قارورة رد فعل على الموقف، قبل أن يضيف المواد الكيميائية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء هذه التجربة مع أي حديقة صفة الكيميائية، ولكن واحدة من الكواشف التي نستخدمها لمحاكاة الفتحات في أعماق البحار هو مادة كيميائية خطرة، كبريتيد الصوديوم. وبالتالي قيام بهذه التجربة بأكملها داخل غطاء الدخان لمنع التعرض. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فقط فتح زجاجة من كبريتيد الصوديوم في غطاء الدخان ووضع التوازن داخل غطاء الدخان وزنها كبريتيد. دائما الحلول التي تحتوي على كبريتيد داخل غطاء الدخان كما يطلقون السام H 2 S الغاز، وكذلك الحفاظ sulfidالسائل الإلكترونية، الأدوات الحادة، وحاويات النفايات الصلبة في غطاء الدخان. المتفاعلة آخر يتمثل في الحديد (II) الكلورين 2 • 4H 2 O، الذي يتأكسد عند التعرض للهواء، حتى تأخذ الرعاية للحفاظ على الحلول نقص الأكسجين وتنمو حدائق الكيميائية تحت فراغ الرأس عوز الأكسجين (على سبيل المثال، N 2 أو ع)، ودائما داخل غطاء الدخان أو علبة القفازات. </li></ol></li></ol> 2. الإعداد للتجارب الحقن <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء زجاج &quot;قارورة حقن&quot; بقطع أسفل 1 سم من 100 مل الزجاج واضحة تجعيد أعلى زجاجة المصل (20 ملم تجعيد ختم نوع الإغلاق) مع قطع الزجاج بحيث عندما مقلوب، السفينة مفتوحة للهواء. لأن هذه هي قابلة لإعادة الاستخدام، وتنظيف قارورة في 1 M حمض الهيدروكلوريك حمام الحمضية O / N، ثم يشطف جيدا مع ده 2 O قبل تجربة جديدة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد قارورة الحقن (الشكل 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جمع 20 مم الحاجز، 20 مم الألومنيوم تجعيد الختم، و0.5-10 ميكرولتر ماصة بلاستيكية طرف. باستخدام NE 16 G حقنةedle، ثقب بعناية من خلال ثقب وسط الحاجز، ثم إزالة والتخلص من الإبرة في حاوية النفايات الحادة المناسبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج غيض ماصة في حفرة الإبرة، إلى جانب الحاجز المطاطي الذي سيواجه داخل الجزء العلوي تجعيد من القارورة. دفع غيض ماصة من خلال الحاجز بحيث الوخزات من الجانب الآخر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجعيد ختم الحاجز مع ماصة على السفينة حقن لجعل خاتم للماء. عندما مختومة، ودفع غيض ماصة أكثر من خلال الحاجز بحيث يبرز خارج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يلصق 1/16 &quot;القطر الداخلي واضح مرن أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية للطرف ماصة (طول الأنبوب يجب أن تصل من قارورة الحقن لضخ حقنة)؛ الانزلاق للحصول على ختم ماء. ملاحظة: سوف يكون هذا الأنبوب الحقن، ويتغذى من الطرف الآخر عن طريق حقنة مع 16 G الإبرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحقق من وجود تسرب: إدراج حقنة 10 مل مليئة ده 2 O مع إبرة G 16 إلى الطرف الآخر من الأنبوب(بسلاسة حرك الأنبوب مباشرة على الإبرة ويجب الحرص على عدم ثقب جدار الأنبوب). حقن ببطء بحيث ده 2 O يتحرك صعودا أنابيب وإلى الجزء السفلي من وعاء التفاعل. تأكد من أن حقنة / أنبوب، أنبوب / معلومات سرية، وتجعيد الأختام هي ماء. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المشبك قارورة الحقن على الوقوف في غطاء الدخان، بحيث حقن ستصب في من أسفل القارورة. ملاحظة: يمكن تعيين قوارير متعددة تصل في وقت واحد وتغذى في وقت واحد عن طريق الحقن منفصلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء أقطاب لقياس غشاء المحتملة عبر جدار حدائق الكيميائية. دائما استخدام نفس الاتفاقية التي الرصاص هو &quot;داخل&quot; والذي هو &quot;خارجي&quot; للحدائق الكيميائية. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع أطوال الأسلاك المعزولة (على سبيل المثال، النحاس) التي تصل من داخل أوعية التفاعل إلى حذو المتعدد أو بيانات مسجل. ترك قليلا من الركود في الأسلاك لتحديد المواقع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطاع ~ 3 ملم منالأسلاك العارية في نهايات التي سوف يكون موجودا داخل القارورة رد فعل. في نهايات أخرى من شأنها أن تكون متصلا يؤدي المتعدد، وقطاع ~ 1 سم من السلك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إصلاح الأسلاك في مكانها لقياس غشاء المحتملة عبر الحديقة الكيميائية. لالسلك الذي سيذهب داخل الحديقة الكيميائية: أدخله في افتتاح غيض ماصة من السوائل التي سوف تغذي السفينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> دفع الأسلاك في طفيفة لضمان اتصال مع الحل الحقن، ولكن ليست بعيدة بحيث تسد تدفق الحقن. للخارج السلك: مكان بحيث أنها سوف تكون على اتصال مع الخزان حل ولكن ليس مع حديقة راسب كيميائي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الشريط أو تأمين الأسلاك بحيث لا يستطيعون التحرك داخل قارورة الحقن خلال التجربة (الشكل 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إرفاق غايات أخرى من الأسلاك إلى متعدد، وتأمين الأسلاك بحيث تلك الغايات أيضا لا تتحرك في كافة مراحل التجربة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انشاء N 2 </فرعية&gt; خطوط الغاز التي من شأنها أن تغذي كل في واحدة من قارورة الحقن. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تقسيم تغذية الغاز من مصدر N 2 إلى عدة أنابيب، حتى لا يكون هناك واحد N 2 تغذية لكل قارورة الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع كل N 2 أنبوب بحيث يغذي فراغ الرأس واحدة من قارورة الحقن. </li></ol></li></ol> 3. إعداد حلول لالكيميائية حديقة النمو <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد الحل الخزان، 100 مل لكل تجربة. ملاحظة: في هذا المثال، استخدم 75 ملم الحديد 2+ و 25 ملي الحديد 3+ كما الكاتيونات عجل (الجدول 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيجاد حلول الأكسجين التي ظهرت على السطح أولا ده 2 O مع N 2 الغاز لل~ 15 دقيقة لكل 100 مل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزن بها وإضافة FeCl 2 • 4H 2 O وFeCl 3 • 6H 2 O، واثارة بلطف إلى حل (وليس بقوة حتى لا يعرض الأكسجين). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد أن يتم حله الكواشف، resum فوراه ضوء محتدما من الحديد 2+ / الحديد 3+ حل مع N 2 الغاز في حين يتم إعداد الحقن. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختيار أي اثنين من الحلول حقن الأولية هو مبين في الجدول رقم 1، وإعداد 10 مل لكل منهما. حقنة ملء 10 مل إلى علامة 7 مل مع كل من حلول (حقنة واحدة لكل الحل). استبدال قبعات الإبرة ويوضع جانبا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد 20 مل من محلول الحقن الثانوي (كبريتيد الصوديوم - تنبيه). هو مبين في الجدول رقم 1 ملء كل منهما 10 مل المحاقن إلى علامة 7 مل مع هذا الحل، استبدال قبعات الإبرة ويوضع جانبا. دائما الحلول التي تحتوي على كبريتيد والحقن في غطاء الدخان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة ملء ده 2 O الحقن من الخطوة 2.2.5. هذه سيتم استخدامها لمسح أنبوب حقن. </li></ol> 4. بدء حقن الابتدائي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام المطلوب مسجل بيانات لقياس المحتملة الغشاء. قياس إمكانات كل تجربة على لseparatقناة ه، وحددت معدل المسح إلى إعطاء المبلغ المطلوب من نقاط البيانات (على سبيل المثال، لحقن 2-ساعة، تسجيل إمكانات كل 30 ثانية سيكون كافيا). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأمين الحقن حقن الأولية على ضخ حقنة للبرمجة في غطاء الدخان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام كوب النفايات للقبض على القطرات وتعيين ضخ حقنة لحقن بمعدل سريع حتى الحقن على حد سواء تبدأ بالتنقيط في الكأس. ثم وقف الحقن (من أجل ضمان أن الحقن اثنين تبدأ عن طريق الحقن في تمام نفس المستوى). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة برنامج ضخ حقنة لحقن في 2 مل لكل ساعة (معايرة لنوع من المحاقن المستخدمة)، ولكن لا تصل البداية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج O الحقن ده 2 إلى اثنين من أنابيب حقن البلاستيك، وحقن حتى أن الماء يملأ أنابيب يصل اضح إلى الفتحة حيث يدخل الخزان الرئيسي. مكان الحقن على الوقوف، فوق قارورة الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صب 100 مل من الحديد 2+ / الحديد 3+ حل الخزان إلى عصامقارورة CH. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط تدفق خطوط الغاز N 2 كما هو مطلوب للحفاظ على نقص الأكسجين التجربة لمدة الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تغطية بعناية قارورة الخزان مع ختم محكم (على سبيل المثال، به Parafilm؛ ولا حجبت الرؤية من خلال الزجاج) وإدراج تغذية N 2 في كل قارورة (الشكل 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جلب ده 2 O الحقن (لا يزال إدخالها في أنابيب) إلى جوار الحقن حقن الأولية. الشريحة بعناية حقن الأنابيب البلاستيكية قبالة O حقنة إبرة ده 2، ونقل على الفور بشكل مباشر على واحد من الإبر حقن حقنة الأساسي. (احرص على عدم ثقب جدار الأنبوب.) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء الحقن، وبدء تسجيل غشاء المحتملة. </li></ol> 5. بدء حقن الثانوي: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضرب المحطة على ضخ حقنة بعد 3 ساعات (بعد أن تم حقن 6 مل)، وقد شكلت هياكل حديقة مرة واحدة الكيميائية (فيقوإعادة 4)، وتوليد باستمرار إمكانات غشاء (الشكل 5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة بعناية المحاقن الأولية من ضخ حقنة (ولكن تركها متصلة أنابيب وبالتالي فإن الهياكل ليست مضطربة)؛ مجموعة منهم على الوقوف فوق مستوى السائل في قارورة بحيث السائل لا يمكن أن تتدفق مرة أخرى إلى الحقنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأمين الحقن حقن كبريتيد الثانوية إلى ضخ حقنة، وكرر الخطوات 4.3 و 4.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة المحاقن ثانوية واحدة في وقت واحد من ضخ حقنة، و، في حين عقد الحقن فوق مستوى السائل في قارورة، كرر الخطوة 4.9، نقل الأنابيب من الحقن الابتدائية إلى الثانوية المحاقن (الشكل 6). توخي الحذر أن ضغط السائل من الخزان إلى الحقنة لا يسبب السوائل في التدفق مرة أخرى إلى الحقنة لأن هذا يمكن أن تنهار في حديقة الكيميائية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عندما اكتمال عملية النقل، وتأمين بعناية الحقن الثانوية إلى thالبريد حقنة مضخة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة برنامج ضخ حقنة لحقن في 2 مل لكل ساعة، وضرب تبدأ لمواصلة حقن مع الحل حقن الجديد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التخلص الآمن من الحقن حقن الأولية. </li></ol> 6. إنهاء التجربة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أولا إيقاف ضخ حقنة، ثم توقف تسجيل غشاء المحتملة وحفظ البيانات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف تدفق N 2 وإزالة الخطوط وParafilm من السفن الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إذا رغبت في ذلك، أخذ عينات من الحل الخزان أو يعجل لمزيد من التحليل. لإزالة بعناية الحل الخزان وعدم إزعاج راسب، واستخدام ماصة 25 مل إلى ماصة بعناية قبالة حل الخزان في عدة قسامات، وتجاهل الحل في كوب من النفايات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Unclamp الأوعية حقنة واحدة في وقت وتصب الحل في دورق نقل النفايات في غطاء الدخان. استخدام ده 2 O لشطف من قطعة من راسب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة المحاقن جيئة وذهابام ضخ حقنة، واستخراجها من الأنبوب، مما يتيح اضافية سائل الحقن هرب إلى الدورق نقل النفايات. إفراغ الحقن في الكأس النفايات، والتخلص من الحقن في حاوية الأدوات الحادة كبريتيد الاحتفاظ بها في غطاء الدخان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الأنبوب من القارورة التجربة والتخلص منها في كيس النفايات الصلبة. Uncrimp الختم والتخلص من الحاجز، وختم، وماصة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف خارج القنينة التجربة الزجاج ونقع عليه في 1 M حمض الهيدروكلوريك حمام حمض O / N. (تنبيه - الأواني الزجاجية التي كانت على اتصال مع كبريتيد الصوديوم ستفرج السام H 2 S الغاز عند وضعه في حامض إبقاء الحمامات حمض داخل غطاء الدخان.) </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.

تشكيل هيكل حديقة الكيميائية عبر طريقة حقن يمكن تحقيق ذلك عن طريق ربط أي اثنين من المحاليل التي تحتوي على أيونات التفاعلية التي تنتج راسب. هناك العديد من أنظمة التفاعل الممكنة التي من شأنها أن تنتج هياكل راسب وإيجاد الوصفة المناسبة للأيونات رد الفعل وتركيزات أن ينمو ?...

&quot;الحدائق الكيماوية&quot; هي رواسب الذاتي تجميع غير العضوية التي طورت حيث اثنين من سوائل كيمياء المتناقضة تتفاعل 1،2. وكانت هذه الهياكل غير العضوية الذاتي تجميع موضوع الاهتمام العلمي لأكثر من قرن ويرجع ذلك جزئيا إلى مظهرها بيوميمتيك، وقد سعت العديد من الدراسات التجريبية والنظرية لفهم مختلف الجوانب المعقدة وظائف الممكنة لنظم حديقة الكيميائية 3. وتشمل الأمثلة الطبيعية للحدائق الكيميائية المعدنية &quot;مدخنة&quot; الرواسب التي تنمو حول ينابيع المياه الحارة والتسربات، وقيل أن هذه يمكن أن توفر بيئات معقولة للحياة في الظهور 4. لتنمو في حديقة الكيميائية محاكاة المائية الطبيعية تنفيس مدخنة، يجب حل خزان يمثل تكوين المحيط محاكاة وحل الحقن يجب أن تمثل السوائل المائية التي تغذي المحيط. براعة هذا النوع سو التجربة لأنظمة رد فعل مختلفة تسمح لمحاكاة أي ما يقرب من المحيط / المائية كيمياء السوائل المقترحة، بما في ذلك البيئات على الأرض في وقت مبكر أو في عوالم أخرى. على الأرض في وقت مبكر، فإن المحيطات كانت الأكسجين، الحمضية (درجة الحموضة 5-6)، وكان قد احتوى حلت CO 2 في الغلاف الجوي والحديد 2+، وكذلك الحديد III، ني 2+، المنغنيز 2+، NO 3- وNO 2-. أن التفاعلات الكيميائية بين هذا البحر وقشرة المحيط المافية وقد أنتجت السوائل المائية القلوية التي تحتوي على الهيدروجين والميثان، وفي بعض الحالات كبريتيد (HS -) 4-8. المداخن التي تشكلت في وقت مبكر الأرض البيئات القلوية تنفيس بالتالي يمكن أن يتضمن oxyhydroxides الحديد / الحديدية وكبريتيد الحديد / النيكل، وقد اقترح أن هذه المعادن قد يخدم وظائف معينة الحفازة وبروتو الأنزيمية نحو تسخير الجيوكيميائية الأكسدة / التدرجات درجة الحموضة لدفع ظهور metaboliخ 5. وبالمثل، في عوالم أخرى مثل تلك التي قد تستضيف (أو قد استضافت) الماء / واجهات الصخور - مثل أوائل المريخ والقمر يوروبا المشتري، أو قمر زحل إنسيلادوس - فمن الممكن أن كيمياء المياه / الصخور يمكن أن تولد بيئات تنفيس قلوية قادرة على القيادة الكيمياء تسبق التكوين الجنيني أو حتى توفير منافذ للسكن للحياة موجودة 5،9-11. التجربة حديقة الكيميائية الكلاسيكية ينطوي على الكريستال بذرة ملح معدني، على سبيل المثال الحديدية كلوريد tetrahydrate FeCl 2 • 4H 2 O، مغمورة في محلول يحتوي على الأنيونات رد الفعل، مثل سيليكات الصوديوم أو &quot;كوب ماء&quot;. يذوب الملح المعدني، وخلق حالة المحاليل الحمضية التي تحتوي على الحديد 2+ التي واجهات مع حل أكثر قلوية (التي تحتوي على أيونات السيليكات وOH -) ويتم تشكيل راسب غشاء غير العضوية. تتضخم الغشاء تحت الضغط الاسموزي، رشقات نارية، ثم إعادة يترسب واحدر واجهة السوائل جديدة. ويكرر هذا الإجراء حتى يتم حل البلورات، مما أدى إلى موجه عموديا، التنظيم الذاتي هيكل راسب مع مورفولوجيا معقدة على مستويات الاقتصاد الكلي والجزئي على حد سواء. هذه النتائج هطول العملية في الفصل المستمر للحلول متناقضة كيميائيا عبر غشاء غير العضوية حديقة الكيميائية، واختلاف الأنواع اتهم عبر الغشاء ينتج غشاء المحتمل 12-14. هياكل حديقة كيميائية معقدة، واظهار التدرجات التركيبية من الداخل إلى الخارج 13،15-19، وجدران الهيكل الحفاظ على الفصل بين الحلول المتناقضة لفترات طويلة في حين تبقى قابلة للاختراق إلى حد ما الأيونات. بالإضافة إلى كونها تجربة مثالية للأغراض التعليمية (كما هي بسيطة لجعل لمظاهرات الفصول الدراسية، ويمكن تثقيف الطلاب حول التفاعلات الكيميائية والتنظيم الذاتي)، حدائق الكيميائية لها أهمية علمية حيث تمثيل assemb الذاتيلاي في دينامية، أبعد ما يكون عن التوازن النظم، تشمل الأساليب التي يمكن أن تؤدي إلى إنتاج مواد مثيرة للاهتمام ومفيدة 20،21. ويمكن أيضا أن تزرع حدائق الكيميائية في المختبر عن طريق وسائل حقن، الذي حل تحتوي على واحد أيون عجل يتم حقن ببطء إلى الحل الثاني الذي يحتوي على أيون-عجل المشترك (أو الأيونات). وهذا يؤدي إلى تشكيل الهياكل حديقة الكيميائية مماثلة لتلك التجارب نمو البلورات، إلا أن خصائص النظام ويعجل يمكن التحكم بشكل أفضل. طريقة حقن ديها العديد من المزايا الهامة. فإنه يسمح احد لتشكيل حديقة الكيميائية باستخدام أي مزيج من عجل أو أدرجت الأنواع، أي يمكن أن تدمج الأيونات عجل متعددة في حل واحد، و / أو يمكن تضمين المكونات الأخرى غير عجل في أي حل كثف / تتفاعل مع راسب . غشاء المحتملة ولدت في مادة كيميائيةويمكن قياس نظام حديقة في تجربة حقن إذا أدرج إلكترود إلى داخل الهيكل، وبالتالي تمكين دراسة الكهروكيميائية للنظام. تجارب الحقن توفر القدرة على إطعام الحل الحقن إلى داخل الحديقة الكيميائية لالأطر الزمنية التي تسيطر عليها متفاوتة معدل الحقن أو إجمالي حجم حقن. ولذا فمن الممكن أن يساهم في إيجاد حلول مختلفة بالتتابع واستخدام بنية عجلت كفخ أو المفاعل. الجمع بين هذه التقنيات تسمح لمحاكاة المختبر من العمليات المعقدة التي قد حدثت في نظام حديقة الكيميائية الطبيعية في تنفيس الغواصة المائية، بما في ذلك مدخنة تشكلت من العديد من ردود الفعل هطول الأمطار في وقت واحد بين المحيط وتنفيس السائل (على سبيل المثال، إنتاج كبريتيد المعادن، هيدروكسيدات ، و / أو الكربونات والسيليكات) 5،22. ويمكن أيضا أن هذه التقنيات يمكن تطبيقها على أي نظام رد فعل حديقة الكيميائي للسماح لتشكيل أنواع جديدةمن المواد، على سبيل المثال، وأنابيب الطبقات أو الأنابيب مع الأنواع المتفاعلة كثف 20،23. نحن هنا بالتفصيل تجربة سبيل المثال يتضمن النمو المتزامن من الحدائق الكيميائية اثنين، الحديد 2+ التي تحتوي هياكل في بيئة الأكسجين. في هذه التجربة أدخلنا كميات ضئيلة من فوسفات و / أو الأحماض الأمينية في محلول الحقن الأولي لمراقبة تأثيرها على هيكل. بعد التشكيل الأولي للحديقة الكيميائية أننا ثم تحولت الحل الحقن لإدخال كبريتيد كما شاردة عجل الثانوي. تم إجراء قياسات للإمكانات غشاء تلقائيا في كافة مراحل التجربة. يصف هذا البروتوكول كيفية تشغيل تجربتين في وقت واحد باستخدام مضخة الحقن المزدوج. وأظهرت بيانات مطلوبة أشواط متعددة من هذا الإجراء. صممت معدلات تدفق عالية نسبيا، ودرجة الحموضة منخفضة من تركيزات الخزان والمتفاعلة المستخدمة في تجاربنا لتشكيل مدخنة كبيرة يترسب في الوقت المحدد الشوريالس مناسبة لإجراء التجارب المعملية ليوم واحد. ومع ذلك، يمكن معدلات تدفق السوائل في ينابيع المياه الحارة الطبيعية تكون أكثر انتشارا بكثير وتركيزات عجل الكواشف (على سبيل المثال، الحديد وS في نظام الأرض في وقت مبكر) يمكن أن يكون أمر من حجم أقل 4؛ وبالتالي، فإن رواسب منظم تشكل على امتداد فترات زمنية أطول وتنفيس يمكن أن تكون نشطة لعشرات الآلاف من السنين 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.

وبعد البدء في حل حقن لتغذية الحل الخزان، بدأ حديقة راسب الكيميائي لتشكل في واجهة السوائل، واستمر هذا الهيكل في النمو على مدى الحقن (الأرقام 4-7). في التجارب ذكرت هنا، كان الحقنة الأولى هيدروكسيد الصوديوم (التي يمكن تعديلها لتشمل L-ألانين و / أو بيروفسفات)، وكان ...

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.

حدائق الكيميائية كما تدفق من خلال المفاعلات محاكاة الأنظمة الحرارية المائية الطبيعية

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

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.

الجذور الحرة في علم الأحياء الكيميائي: من السلوك الكيميائي للتنمية العلامات البيولوجية

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.

ارتفاع ضغط سيل الياقوت للمرحلة التوازنات قياسات CO<sub&gt; 2</sub&gt; / العضوية / أنظمة المياه

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 الإثيلين عن طريق المفاعلات الضغط الموازية وتحليل الحركية من سلسلة البلمرة نقل

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.

وضع العمود الفقري مكتبة الببتيد دوري كما المحتملة ضد الطفيليات التداوي عن طريق الميكروويف تشعيع

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.

توليف وتوصيف المواد الغروية Supramolecular

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

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.

الليزر-تدفئة والتألق قياس الطيف الكتلي لدراسة المواد النووية في ظروف محاكاة حادث محطة الطاقة نووية

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.

حرق الضغوط الناجمة عن المتفجرات مستحلب المياه على أساس الحد الأدنى

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.

استخدام المفاعلات الصغيرة-أنابيب توقف التدفق لتطوير التحولات العضوية

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.

الحد من انبعاثات الوقود الخشب الصفصاف بدرجه حرارة منخفضه الميكروويف بمساعده الكربون الحراري

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

Separation of Uranium and Thorium for 230Th-U Dating of Submarine Hydrothermal Sulfides

The age of a submarine hydrothermal sulfide is a significant index for estimating the size of hydrothermal ore deposits. Uranium and thorium isotopes in the samples can be separated for 230Th-U dating. This article presents a method to purify and separate U and Th isotopes in submarine hydrothermal sulfide samples. Following this technique, the separated U and Th fractions can meet measuring requirements by multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICPMS). The age of the hydrothermal sulfide sample can be calculated by measuring the present-day activity ratios of 230Th/238U and 234U/238U. A super clean room is necessary for this experiment. Cleaned regents and supplies are used to reduce the contamination during the sample processes. Balance, hotplate, and centrifuge are also used. The sulfide sample is powdered for analysis and less than 0.2 g sample is used. Briefly, the sample is weighed, dissolved, added to 229Th-233U-236U double spike solution, Fe co-precipitated, and separated on an anion-exchange resin extraction column. Approximately 50 ng U is consumed for 230Th-U dating of sulfides sample by MC-ICPMS.

Separation of Uranium and Thorium for 230Th-U Dating of Submarine Hydrothermal Sulfides

The protocol describes a method to purify and separate the U and Th nuclide in submarine hydrothermal sulfide sample with Fe co-precipitation and extraction chromatography for 230Th-U disequilibrium dating.

فصل اليورانيوم والثوريوم ل230Th-U التي يرجع تاريخها من كبريتيد الحرارية المائية الغواصة

The age of a submarine hydrothermal sulfide is a significant index for estimating the size of hydrothermal ore deposits. Uranium and thorium isotopes in ...