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. Consideraciones de seguridad <ol><li> Use el equipo de protección personal (bata de laboratorio, gafas de protección, guantes de nitrilo, zapatos adecuados) para prevenir contra derrames químicos o lesión. Use jeringas y agujas, y tener cuidado de no perforar los guantes. Tenga cuidado durante el montaje experimental para comprobar el aparato que no haya fugas mediante la realización de la inyección primero con doble destilada H 2 O (ddH2O), y para comprobar la estabilidad de los viales de reacción sobre el soporte, antes de añadir productos químicos. </li><li> Llevar a cabo este experimento con cualquier receta jardín química, pero uno de los reactivos que utilizamos para simular los respiraderos de aguas profundas es una sustancia química peligrosa, sulfuro de sodio; por lo tanto, hacer todo el experimento dentro de una campana de humos para evitar la exposición. <ol><li> Sólo abrir la botella de sulfuro de sodio en la campana de humos y coloque un equilibrio dentro de la campana de humos para el pesaje de sulfuro. Mantenga siempre las soluciones que contienen sulfuro dentro de la campana de extracción a medida que liberan tóxicos H 2 S de gas, y también mantener Sulfide líquido, objetos punzantes, y contenedores de residuos sólidos en la campana de humos. Otro reactivo de interés es Fe (II) Cl 2 • 4H 2 O, que se oxida al contacto con el aire, así que tenga cuidado de mantener soluciones anóxica y crecer jardines químicos bajo un espacio de cabeza anóxica (por ejemplo, N2 o Ar), siempre dentro una campana de humos o en la guantera. </li></ol></li></ol> 2. Configuración para experimentos de inyección <ol><li> Crear vidrio &quot;viales de inyección&quot; por el corte de la parte inferior 1 cm de un 100 ml de vidrio claro de engarce botella de suero superior (20 mm engarzado sello tipo de cierre) con un cortador de vidrio de modo que, cuando se invierte, el recipiente está abierto al aire. A medida que estos son reutilizables, limpiar los viales en un 1 M de HCl baño de ácido O / N, y luego enjuague bien con ddH2O antes de que un nuevo experimento. </li><li> Preparar los viales de inyección (Figura 1). <ol><li> Reunir un tabique de 20 mm, 20 mm de aluminio engarzado sello, y una punta de pipeta de plástico 0,5-10 l. El uso de un ne 16 G jeringaedle, perfore cuidadosamente un agujero a través del centro del tabique, luego retire y deseche la aguja en el contenedor de residuos cortopunzantes apropiado. </li><li> Inserte la punta de la pipeta en el agujero de la aguja, en el lado del tabique de goma que se enfrentará el interior de la parte superior de engarce del vial. Empuje la punta de la pipeta a través del septo de modo que empuja hacia fuera el otro lado. </li><li> Crimp-sellar el tabique con punta de la pipeta en el recipiente de la inyección para hacer un sello hermético. Cuando sellada, empuje la punta de la pipeta aún más a través del tabique de manera que sobresalga fuera. </li><li> Fije la tubería resistente a productos químicos 1/16 &quot;diámetro interior clara flexible a la punta de la pipeta (longitud del tubo debe llegar desde el vial de inyección de la bomba de jeringa); deslice hacia arriba para un sello hermético. Nota: Este será el tubo de inyección, alimentada desde el otro extremo por una jeringa con aguja 16 G. </li><li> Compruebe si hay fugas: Inserte una jeringa de 10 ml lleno de ddH 2 O con una aguja de 16 G en el otro extremo de la tubería(sin problemas deslice el tubo directamente a la aguja y tener cuidado de no perforar la pared del tubo). Inyecte lentamente de modo que la ddH 2 O se mueve hacia arriba el tubo y en la parte inferior del recipiente de reacción. Asegúrese de que la jeringa / tubo, tubo / punta y crimpado sellos son herméticos. </li></ol></li><li> Sujetar los viales de inyección en un soporte en una campana de humos, por lo que la inyección se alimentará desde la parte inferior del vial. Nota: viales de múltiples se pueden configurar a la vez y se alimentaron simultáneamente por jeringas separadas. </li><li> Establecer electrodos para medir el potencial de membrana a través de la pared de los jardines químicos. Utilice siempre el mismo convenio para que el plomo es &quot;dentro&quot; y que está &quot;fuera&quot; de los jardines químicos. <ol><li> Cortar trozos de alambre aislado (por ejemplo, cobre) que llegan desde el interior de los recipientes de reacción a la iniciativa del multímetro o registrador de datos. Deja un poco de holgura en los cables para el posicionamiento. </li><li> Strip ~ 3 mm de lacable desnudo en los extremos que se ubicarán en el interior del vial de reacción. En los otros extremos que se conectarán a los cables del multímetro, tira ~ 1 cm de alambre. </li><li> Fijar los cables en su lugar para medir el potencial de membrana a través del jardín química. Para el cable que irá dentro del jardín química: la inserta en la apertura de la punta de la pipeta de la cual el fluido se alimentará en el vaso. </li><li> Empuje el alambre en la ligera para asegurar el contacto con la solución de inyección, pero no tan lejos que se va a obstruir el flujo de inyección. Para el alambre exterior: lugar de modo que estará en contacto con el depósito de la solución, pero no con el precipitado jardín química. </li><li> Tape o de otra manera asegurar los cables de modo que no pueden moverse en el interior del vial de inyección durante el experimento (Figura 2). </li><li> Conecte los otros extremos de los cables al multímetro, y asegurar los cables de manera que los extremos también no se mueven durante todo el experimento. </li></ol></li><li> Configure N 2 </sub&gt; líneas de gas que va a alimentar a cada uno en uno de los viales de inyección. <ol><li> Dividir la alimentación de gas de una fuente de N 2 en varios tubos, de modo que hay una N 2 de alimentación para cada vial de inyección. </li><li> Colocar cada tubo 2 N de manera que se alimenta en el espacio de cabeza de uno de los viales de inyección. </li></ol></li></ol> 3. Preparación de Soluciones para la química Jardín Crecimiento <ol><li> Preparar la solución de depósito, a 100 ml para cada experimento. Nota: En este ejemplo, utilizar mM Fe 2+ 75 y 25 mM Fe 3+ como los cationes precipitantes (Tabla 1). <ol><li> Crear soluciones anóxicas por primera burbujeando el ddH 2 O con N 2 gas durante ~ 15 min por 100 ml. </li><li> Pesar y añadir el FeCl2 • 4H 2 O y FeCl3 • 6H 2 O, revolviendo suavemente para disolver (no con vigor a fin de no introducir oxígeno). </li><li> Después se disuelven los reactivos, Resum inmediatamentee la luz de propagación del Fe 2+ / Fe 3+ solución con gas N2, mientras que las inyecciones se preparan. </li></ol></li><li> Elija cualquier dos de las soluciones de inyección primarios mostrados en la Tabla 1, y preparar 10 ml de cada uno. Llene una jeringa 10 ml hasta la marca de 7 ml con cada una de las soluciones (una jeringa para cada solución). Vuelva a colocar las tapas de aguja y reservar. </li><li> Preparar 20 ml de la solución de inyección secundaria (sulfuro de sodio - Precaución). Mostrados en la Tabla 1 Llenar dos 10 ml jeringas a la marca de 7 ml con esta solución, coloque las tapas de aguja y reservar. Mantenga siempre las soluciones que contienen sulfuro y jeringas en la campana de humos. </li><li> Vuelva a llenar el ddH2O jeringas de Paso 2.2.5; estos se utilizan para enjuagar el tubo de inyección. </li></ol> 4. A partir de la primera inyección <ol><li> Utilice registrador de datos deseado para la membrana mediciones potenciales; medir el potencial de cada experimento en una separate canal y ajustar la velocidad de barrido para dar la cantidad deseada de puntos de datos (por ejemplo, para una inyección de 2 horas, grabando potencial de cada 30 segundos sería suficiente). </li><li> Asegure las jeringas de inyección primaria en la bomba de jeringa programables en la campana de humos. </li><li> Use un vaso de precipitados de residuos para coger goteos y establecer la bomba de jeringa para inyectar a un ritmo rápido hasta que las jeringas ambos comienzan a gotear en el vaso. A continuación, detenga la inyección (con el fin de asegurar que las dos jeringas comenzar a inyectar exactamente al mismo nivel). </li><li> Re-programa de la bomba de jeringa para inyectar a los 2 ml por hora (calibrar para el tipo de jeringa que se utiliza), pero no golpear comienzo. </li><li> Inserte los ddH2O jeringas en los dos tubos de inyección de plástico, e inyectar de manera que el agua llena el tubo transparente hasta la abertura donde entra en el reservorio principal. Coloque las jeringas en el stand, por encima de los viales de inyección. </li><li> Verter 100 ml de solución de depósito de la Fe 2+ / Fe 3+ en eavial ch. </li><li> Ajustar el flujo de las líneas de gas N 2 como se desee para mantener la anóxica experimento para la duración de las inyecciones. </li><li> Cubrir cuidadosamente los viales del yacimiento con un sello hermético (por ejemplo, utilizando Parafilm; no obstruir la vista a través del cristal) e inserte un feed N 2 en cada vial (Figura 3). </li><li> Traiga las ddH2O jeringas (siendo insertados en el tubo) al lado de las jeringas de inyección primaria. Cuidadosamente deslice el tubo de plástico por inyección de la aguja de la jeringa O ddH 2, y transferir inmediatamente directamente sobre una de las agujas jeringa de inyección primaria. (Tenga cuidado para no romper la pared de la tubería.) </li><li> Inicie la inyección, y comenzar la grabación de potencial de membrana. </li></ol> 5. A partir de la inyección secundaria: <ol><li> Hit parada de la bomba de jeringa después de 3 horas (después de haber sido inyectada 6 ml), estructuras de jardín vez químicas han formado (Figure 4), generando continuamente un potencial de membrana (Figura 5). </li><li> Retire con cuidado las jeringas primarios de inyección de la bomba de jeringa (pero déjelos conectados a la tubería por lo que las estructuras no son perturbados); ponerlos en el soporte por encima del nivel del fluido en los viales de manera que el fluido no puede fluir de nuevo en la jeringa. </li><li> Asegure las jeringas de sulfuro de inyección secundarias a la bomba de jeringa, y repita los pasos 4.3 y 4.4. </li><li> Retire las jeringas secundarios uno a la vez de la bomba de jeringa, y, mientras mantiene las jeringas por encima del nivel del fluido en los viales, repita el paso 4.9, transfiriendo el tubo desde las jeringas primarias para las jeringas secundarias (Figura 6). Sea vigilante que la presión de fluido desde el depósito en la jeringa no causa que el fluido fluya de nuevo en la jeringa ya que esto podría colapsar el jardín química. </li><li> Cuando se complete la transferencia, fije atentamente las jeringas secundarias a thbomba de jeringa e. </li><li> Re-programa de la bomba de jeringa para inyectar a los 2 ml por hora, y pulsa START para continuar la inyección con la nueva solución de inyección. </li><li> Deseche las jeringas de inyección primaria. </li></ol> 6. Poner fin al experimento <ol><li> La primera parada la bomba de jeringa, y luego se detiene la grabación del potencial de membrana y guardar los datos. </li><li> Apague el flujo de N 2 y quitar las líneas y el Parafilm de los vasos de inyección. </li><li> Si se desea, muestras de la solución de depósito o precipitar para su posterior análisis. Para quitar cuidadosamente la solución de depósito y no perturbar el precipitado, utilice una pipeta de 25 ml pipetear con cuidado la solución de depósito en varias alícuotas, y desechar la solución en un vaso de precipitados de residuos. </li><li> Desembridar los vasos de inyección de uno a la vez y se vierte la solución en un vaso de precipitados de transferencia de residuos en la campana de humos. Utilice ddH2O para enjuagar piezas de precipitado. </li><li> Retire las jeringas from la bomba de jeringa, y extraerlos de la tubería, dejando que el exceso de líquido de inyección se escurra en el vaso de precipitados de transferencia de residuos. Vacíe las jeringas en el vaso de residuos, y disponer de las jeringas en un contenedor de objetos punzantes sulfuro de mantenerse en la campana de humos. </li><li> Retire el tubo del vial experimento y disponer de ella en una bolsa de residuos sólidos. Uncrimp el sello y disponer del tabique, sello, y punta de la pipeta. </li><li> Enjuague el experimento vial de vidrio y sumergirlo en un 1 M de HCl baño de ácido O / N. (PRECAUCIÓN - material de vidrio que ha estado en contacto con sulfuro de sodio lanzará tóxicos H 2 S de gas cuando se coloca en ácido Mantenga baños de ácido dentro de la campana de humos..) </li></ol>

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	<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.

La formación de una estructura química a través de jardín método de inyección se puede lograr mediante la interconexión dos soluciones que contienen iones reactivos que producen un precipitado. Hay muchos sistemas de reacción posibles que producirán estructuras precipitado y encontrar la receta adecuada de iones reactivos y concentraciones para hacer crecer una estructura deseada es una cuestión de prueba y error. El caudal de la solución de inyección se controla mediante una bomba de jeringa programable y e...

&quot;Jardines químicos&quot; son precipitados inorgánicos autoensamblables desarrollados donde dos fluidos de químicas contrastantes interactúan 1,2. Estas estructuras inorgánicas de autoensamblaje han sido objeto de interés científico durante más de un siglo, en parte debido a su apariencia biomimético, y se han interpuesto numerosos estudios experimentales y teóricos para entender los diversos aspectos complejos y las posibles funciones de los sistemas jardín químicos 3. Ejemplos naturales de jardines químicos incluyen minerales &quot;chimenea&quot; precipitados que crecen alrededor de manantiales hidrotermales y filtraciones, y se ha argumentado que estos podrían proporcionar entornos plausibles para la vida emerja 4. Para cultivar un jardín química simulando un respiradero hidrotermal chimenea natural, una solución de reserva debe representar una composición océano simulado y una solución de inyección debe representar el fluido hidrotermal que alimenta en el océano. La versatilidad de este tipo of experimento para diferentes sistemas de reacción permite la simulación de casi cualquier química de los fluidos del océano / hidrotermal propuesto, incluyendo ambientes en la Tierra primitiva o en otros mundos. En la Tierra primitiva, los océanos habrían estado anóxico, ácido (pH 5-6), y habría contenido disuelto CO 2 atmosférico y Fe 2+, así como Fe III, Ni 2+, Mn 2+, NO 3- y NO 2. Las reacciones químicas entre este agua de mar y la corteza oceánica ultramafic habrían producido un fluido hidrotermal alcalina que contiene hidrógeno y metano, y en algunos casos sulfuro (HS -) 4-8. Las chimeneas formadas en ambientes de ventilación alcalina tempranas de la Tierra por lo tanto podrían haber contenido oxihidróxidos férricos / ferrosos y sulfuros de hierro / níquel, y se ha propuesto que estos minerales podrían haber servido particulares funciones catalíticas y proto-enzimática hacia el aprovechamiento geoquímicos redox / gradientes de pH para conducir la aparición de Metabolism 5. Del mismo modo, en otros mundos como el que pueden albergar (o puede haber alojados) de agua / interfaces de roca - como Marte primitivo, la luna de Júpiter, Europa, o la luna de Saturno Encelado - es posible que la química del agua / roca podría generar entornos de ventilación alcalinos capaces de conducción química prebiótica o incluso proporcionar nichos habitables para la vida existente 5,9-11. El clásico experimento jardín química implica un cristal de siembra de una sal de metal, por ejemplo, tetrahidrato de cloruro ferroso FeCl 2 • 4H 2 O, sumergido en una solución que contiene aniones reactivo, por ejemplo silicato de sodio o &quot;vidrio soluble&quot;. La sal se disuelve de metal, creando una solución ácida que contiene Fe2 + que interactúa con la solución más alcalina (que contiene aniones de silicato y OH -) y se forma un precipitado membrana inorgánica. Las olas de membrana bajo presión osmótica, ráfagas, luego re-precipita unt la nueva interfaz de fluido. Este proceso se repite hasta que se disuelven los cristales, lo que resulta en una orientación vertical, la estructura precipitado auto-organizada con una morfología compleja en ambas escalas macro y micro. Este proceso de precipitación resultados en la separación continua de soluciones químicamente contrastantes través de la membrana jardín química inorgánica, y la diferencia de especies cargadas a través de la membrana produce un potencial de membrana 12-14. Estructuras de jardín Química son complejas, exhibiendo gradientes de composición desde el interior al exterior 13,15-19, y las paredes de la estructura mantener la separación entre las soluciones contrastadas por períodos largos sin dejar de ser un poco permeable a los iones. Además de ser un experimento ideal para fines educativos (ya que son fáciles de hacer para demostraciones en el aula, y pueden educar a los estudiantes acerca de las reacciones químicas y la auto-organización), jardines químicos tienen importancia científica como representaciones de la auto-assembly en dinámicos sistemas, lejos del equilibrio, que involucra métodos que pueden conducir a la producción de materiales interesantes y útiles 20,21. Jardines química en el laboratorio también pueden ser cultivadas a través de métodos de inyección, en el que la solución que contiene un ion precipitando se inyecta lentamente en la segunda solución que contiene el ion (o iones) co-precipitación. Esto resulta en la formación de estructuras de jardín químicas similares a las de los experimentos de crecimiento de cristales, excepto que las propiedades del sistema y el precipitado se pueden controlar mejor. El método de inyección tiene varias ventajas significativas. Le permite a uno para formar un jardín química usando cualquier combinación de precipitantes o incorporados especies, es decir, múltiples iones precipitantes se pueden incorporar en una solución, y / o otros componentes no precipitante puede ser incluido en cualquiera de las soluciones para adsorber / reaccionan con el precipitado . El potencial de membrana generado en un producto químicosistema de jardín se puede medir en un experimento inyección si un electrodo se incorpora en el interior de la estructura, permitiendo así estudio electroquímico del sistema. Experimentos de inyección ofrecen la posibilidad de alimentar la solución de inyección en el interior del jardín química para marcos de tiempo controlados mediante la variación de la velocidad de inyección o el volumen total inyectado; por lo tanto es posible alimentar a través de diferentes soluciones de forma secuencial y utilizar la estructura de precipitado como una trampa o reactor. Combinadas, estas técnicas permiten simulaciones de laboratorio de los complejos procesos que podrían haber ocurrido en un sistema de jardín químico natural en un respiradero hidrotermal submarina, incluyendo una chimenea formado de muchas reacciones de precipitación simultáneas entre el océano y la ventilación de fluido (por ejemplo, la producción de sulfuros, hidróxidos , y / o carbonatos y silicatos) 5,22. Estas técnicas también se pueden aplicar a cualquier sistema de reacción jardín química para permitir la formación de nuevos tiposde materiales, por ejemplo, tubos de capas o tubos con especies reactivas adsorbidos 20,23. Detallamos aquí un experimento de ejemplo que incluye el crecimiento simultáneo de dos jardines químicos, Fe 2 + que contienen estructuras en un ambiente anóxico. En este experimento se incorporaron cantidades traza de polifosfatos y / o aminoácidos en la solución inicial de inyección para observar su efecto sobre la estructura. Después de la formación inicial del jardín química que luego cambiamos la solución de inyección para introducir el sulfuro como un anión precipitante secundaria. Las mediciones de los potenciales de membrana se realizan automáticamente durante todo el experimento. Este protocolo describe cómo ejecutar dos experimentos a la vez utilizando una bomba de jeringa dual; Los datos mostrados requieren múltiples carreras de este procedimiento. Las tasas relativamente altas de flujo, pH bajo de las concentraciones del yacimiento y reactivos empleados en nuestros experimentos están diseñados para formar precipitados gran chimenea en tiempo sccervezas adecuados para experimentos de laboratorio de un día. Sin embargo, las tasas de flujo de fluido en fuentes hidrotermales naturales pueden ser mucho más difusa y las concentraciones de reactivos precipitantes (por ejemplo, Fe y S en un sistema de la Tierra temprana) podrían ser un orden de magnitud inferior 4; por lo tanto, precipitados estructurados se forman en escalas de tiempo más largos y la rejilla de ventilación podrían estar activos durante decenas de miles de años 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.

Una vez que la solución de inyección comenzó a alimentar en la solución reservorio, un precipitado jardín química comenzó a formarse en la interfaz de fluido y esta estructura continuó creciendo en el transcurso de la inyección (Figuras 4-7). En los experimentos publicados aquí, la primera inyección fue de hidróxido de sodio (que puede ser modificado para incluir L-alanina y / o pirofosfato), y la solución de depósito fue una mezcla 1: 3 de Fe 3+ / Fe2 +, produciendo ...

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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.

Jardines químicos como flujo continuo Reactores simulación de sistemas hidrotermales Naturales

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

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Research

JoVE Journal

Chemistry

14.4K vistas.  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.

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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.

Radicales Libres en Biología Química: del comportamiento químico al desarrollo de biomarcadores

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

Investigación

Química

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.

De alta presión de la célula de zafiro para la Fase Equilibrios mediciones de CO<sub&gt; 2</sub&gt; / Orgánicos / Sistemas de Agua

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.

Las polimerizaciones de etileno utilizando reactores de presión paralelas y un análisis cinético de la cadena de transferencia de polimerización

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.

Desarrollo de un Backbone cíclica Péptido Biblioteca como Potencial Antiparasitarios Terapéutica Utilizando Microondas irradiación

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.

Síntesis y caracterización de supramoleculares Coloides

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.

Láser-calefacción y Radiance espectrometría para el estudio de los materiales nucleares en condiciones de simular un accidente de la planta de Energía Nuclear

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.

Mínimo ardor presiones de explosivos de emulsión a base de agua

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.

Utilización de reactores de tubos de Micro flujo de parada para el desarrollo de transformaciones orgánicas

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.

Reduciendo la emisión de combustible de madera de sauce por microondas de baja temperatura asistida por carbonización hidrotérmica

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.

Separación de uranio y torio para 230Th-U Datación de sulfuros hidrotermales submarinos

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