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. Considerazioni sulla sicurezza <ol><li> Utilizzare dispositivi di protezione individuale (camice da laboratorio, occhiali di protezione, guanti in nitrile, scarpe adatte) per evitare contro fuoriuscite di sostanze chimiche o infortuni. Utilizzare siringhe e aghi, e fare attenzione a non forare i guanti. Fare attenzione durante l&#39;installazione esperimento per verificare l&#39;apparecchiatura per perdite eseguendo l&#39;iniezione prima con bidistillata H 2 O (DDH 2 O), e per verificare la stabilità delle fiale di reazione sul supporto, prima di aggiungere sostanze chimiche. </li><li> Intraprendere questo esperimento con qualsiasi ricetta giardino chimica, ma uno dei reagenti che usiamo per simulare bocchette d&#39;altura è una sostanza chimica pericolosa, solfuro di sodio; quindi fare l&#39;intero esperimento all&#39;interno di una cappa aspirante per evitare l&#39;esposizione. <ol><li> Aperto solo la bottiglia di solfuro di sodio nella cappa e posizionare un equilibrio all&#39;interno della cappa per la pesatura solforato. Tenere sempre soluzioni solfuro contenente all&#39;interno della cappa in quanto rilasciano tossici H 2 S gas, e anche tenere Sulfide liquido, diesis, e contenitori di rifiuti solidi nella cappa. Un altro reagente di interesse è Fe (II) Cl 2 • 4H 2 O, che si ossida in seguito all&#39;esposizione all&#39;aria, quindi attenzione a mantenere le soluzioni anossica e di crescere giardini chimici sotto un spazio di testa anossico (ad esempio, N 2 o Ar), sempre entro una cappa aspirante o nel vano portaoggetti. </li></ol></li></ol> 2. Impostazione per gli esperimenti iniezione <ol><li> Creare vetro &quot;fiale iniezione&quot; tagliando via il fondo 1 cm di un vetro trasparente da 100 ml piegatura superiore della bottiglia siero (20 mm crimpare guarnizione tipo chiusura) con una fresa vetro in modo che, quando invertito, la nave è aperto all&#39;aria. In quanto questi sono riutilizzabili, pulire i flaconi in un 1 M HCl bagno acido O / N, e poi risciacquare bene con DDH 2 O prima di un nuovo esperimento. </li><li> Preparare le fiale di iniezione (Figura 1). <ol><li> Raccogliere un setto 20 mm, 20 millimetri di alluminio piegatura sigillo, e un 0,5-10 microlitri punta di plastica della pipetta. Usando una siringa da 16 ne Gedle, forare con attenzione un foro attraverso il centro del setto, quindi rimuovere e smaltire l&#39;ago nel contenitore per rifiuti taglienti appropriata. </li><li> Inserire la punta della pipetta nel foro dell&#39;ago, nel lato del setto di gomma che si troveranno ad affrontare all&#39;interno della parte superiore crimpatura del flaconcino. Inserire la punta della pipetta attraverso il setto in modo che sporge fuori l&#39;altro lato. </li><li> Crimp-sigillare il setto con punta della pipetta sulla nave iniezione di fare una tenuta stagna. Quando sigillato, spingere la punta della pipetta ulteriormente attraverso il setto in modo che sporga all&#39;esterno. </li><li> Applicare 1/16 &quot;tubo trasparente resistente agli agenti chimici flessibile diametro interno per la punta della pipetta (lunghezza del tubo dovrebbe raggiungere dal flaconcino per la pompa a siringa); farlo scorrere per una tenuta stagna. Nota: Questo sarà il tubo di iniezione, alimentata dal all&#39;altra estremità, da una siringa con ago 16 G. </li><li> Controllare eventuali perdite: inserire una siringa da 10 ml riempita con DDH 2 O con un ago G 16 nell&#39;altra estremità del tubo(agevolmente far scorrere il tubo direttamente sul ago e fare attenzione a non forare la parete del tubo). Lentamente iniettare in modo che il DDH 2 O si muove lungo la tubazione e sul fondo del recipiente di reazione. Garantire che la siringa / tubo, tubo / punta, e crimpatura guarnizioni sono a tenuta stagna. </li></ol></li><li> Bloccare le fiale di iniezione su un supporto in una cappa aspirante, in modo che l&#39;iniezione caricherà dal fondo della fiala. Nota: Più fiale possono essere impostate in una volta e alimentati contemporaneamente da siringhe diverse. </li><li> Impostare elettrodi per misurare il potenziale di membrana attraverso la parete dei giardini chimici. Usare sempre la stessa convenzione per la quale il piombo è &quot;dentro&quot; e che è &quot;al di fuori&quot; dei giardini chimici. <ol><li> Tagliare lunghezze di filo isolato (ad esempio, rame) che raggiungono all&#39;interno dei vasi di reazione al cavo del multimetro o un data logger. Lascia un po &#39;di gioco nei cavi per il posizionamento. </li><li> Strip ~ 3 mm difilo nudo alle estremità che si trovano all&#39;interno del flaconcino di reazione. Alle altre estremità che saranno collegati ai conduttori multimetro, striscia ~ 1 cm di filo. </li><li> Fissare i fili in posizione per misurare il potenziale di membrana attraverso il giardino chimico. Per il filo che andrà all&#39;interno del giardino chimica: inserirla nell&#39;apertura del puntale da cui alimentare fluido nel recipiente. </li><li> Inserire il filo in leggera per assicurare il contatto con la soluzione iniettabile, ma non così lontano che ostruisce il flusso di iniezione. Per l&#39;esterno del filo: posto in modo che esso sarà in contatto con il serbatoio di soluzione, ma non con il giardino precipitato chimico. </li><li> Nastro o altrimenti fissare i fili in modo che non possano muoversi all&#39;interno della fiala iniezione durante l&#39;esperimento (Figura 2). </li><li> Attaccare le altre estremità dei cavi al multimetro, e fissare i fili in modo che quei fini anche non si muovono tutto l&#39;esperimento. </li></ol></li><li> Imposta N 2 </sub&gt; linee di gas che si ogni feed in una delle fiale di iniezione. <ol><li> Dividere la alimentazione del gas da una sorgente N 2 in diversi tubi, in modo che vi sia un N 2 avanzamento per ogni flaconcino. </li><li> Collocare ogni provetta N 2 in modo che alimenta spazio di testa di una delle fiale di iniezione. </li></ol></li></ol> 3. preparazione di soluzioni per la crescita Chemical Garden <ol><li> Preparare la soluzione di riserva, 100 ml per ogni esperimento. Nota: In questo esempio, utilizzare 75 mm Fe 2+ e 25 mm Fe 3+ come i cationi precipitanti (Tabella 1). <ol><li> Creare soluzioni anossiche dal primo gorgogliare il DDH 2 O con N 2 gas per ~ 15 minuti per 100 ml. </li><li> Pesare e aggiungere la FeCl 2 • 4H 2 O e FeCl 3 • 6H 2 O, mescolando delicatamente per dissolvere (non vigorosamente in modo da non introdurre ossigeno). </li><li> Dopo reagenti sono dissolti, risommare subitoe luce di bubbling del Fe 2+ / Fe 3+ soluzione con N 2 gas mentre le iniezioni sono preparati. </li></ol></li><li> Scegliere due qualsiasi delle soluzioni di iniezione primari indicati nella tabella 1, e preparare 10 ml di ciascuna. Riempire una siringa da 10 ml a volume con 7 ml ciascuna delle soluzioni (una siringa per ogni soluzione). Sostituire i tappi degli aghi e mettere da parte. </li><li> Preparare 20 ml di soluzione di iniezione secondario (solfuro di sodio - ATTENZIONE). Indicati nella tabella 1 Riempire due siringhe da 10 ml al marchio 7 ml di questa soluzione, sostituire i tappi degli aghi e mettere da parte. Tenere sempre soluzioni e siringhe-solfuro contenente nella cappa. </li><li> Riempire il DDH 2 O siringhe a partire dal punto 2.2.5; questi saranno utilizzati per irrigare il tubo di iniezione. </li></ol> 4. Avvio del iniezione primario <ol><li> Utilizzare data logger desiderata per i potenziali misure di membrana; misurare il potenziale di ogni esperimento su un separate canali, e impostare la velocità di scansione per ottenere la quantità desiderata di punti di dati (ad esempio, per una iniezione di 2 ore, registrando potenziale ogni 30 sec sarebbe sufficiente). </li><li> Fissare le siringhe di iniezione primari su la pompa a siringa programmabili nella cappa. </li><li> Utilizzare un bicchiere di rifiuti per la cattura di gocciolamenti e impostare la pompa a siringa per iniettare a un ritmo veloce fino a quando le siringhe entrambi cominciano a gocciolare nel bicchiere. Poi interrompere l&#39;iniezione (per assicurare che le due siringhe iniziano iniettare esattamente allo stesso livello). </li><li> Riprogrammare la pompa a siringa per iniettare a 2 ml per ora (calibrazione per il tipo di siringa viene usato), ma non ha colpito inizio. </li><li> Inserire i DDH 2 O siringhe nei due tubi di iniezione plastica e iniettare in modo che l&#39;acqua riempie il tubo trasparente fino all&#39;apertura dove entra nel serbatoio principale. Porre le siringhe sul cavalletto, sopra le fiale di iniezione. </li><li> Versare 100 ml di soluzione serbatoio del Fe 2+ / Fe 3+ in EAfiala ch. </li><li> Regolare il flusso delle linee di gas N 2 come desiderato per mantenere la anossica esperimento per la durata delle iniezioni. </li><li> Coprire con cura le fiale serbatoio con una chiusura ermetica (ad esempio, utilizzando Parafilm, non ostruire la vista attraverso il vetro) e inserire un feed N 2 in ogni fiala (Figura 3). </li><li> Portare i DDH 2 O siringhe (ancora inserite nel tubo) accanto alle siringhe per iniezione primarie. Far scorrere delicatamente il tubo di iniezione plastica fuori dal O siringa DDH 2, e trasferire immediatamente direttamente su uno degli aghi della siringa di iniezione primaria. (Fare attenzione a non forare la parete del tubo.) </li><li> Avviare l&#39;iniezione, e avviare la registrazione del potenziale di membrana. </li></ol> 5. Avvio del iniezione secondario: <ol><li> Hit fermata sulla pompa a siringa dopo 3 ore (dopo 6 ml sono state iniettate), strutture da giardino una volta chimiche si sono formate (Figure 4), continuamente generare un potenziale di membrana (Figura 5). </li><li> Rimuovere con attenzione le siringhe primarie dalla pompa siringa (ma lasciarli collegati al tubo in modo che le strutture non sono disturbati); disporli sul cavalletto di sopra del livello del liquido nelle fiale modo che il liquido non possa fluire nella siringa. </li><li> Fissare le siringhe solfuro di iniezione secondaria per la pompa a siringa, e ripetere i passi 4.3 e 4.4. </li><li> Rimuovere le siringhe secondari uno alla volta dalla pompa a siringa, e, tenendo le siringhe di sopra del livello del fluido in fiale, ripetere il passo 4.9, trasferendo il tubo dalle siringhe primari alle siringhe secondari (Figura 6). Essere vigili che la pressione del fluido dal serbatoio nella siringa non provoca il passaggio del fluido nella siringa poiché questo potrebbe crollare giardino chimica. </li><li> Quando il trasferimento è completo, fissare con cura le siringhe secondari the pompa a siringa. </li><li> Riprogrammare la pompa a siringa per iniettare a 2 ml per ora, e colpito inizia a continuare l&#39;iniezione con la nuova soluzione iniettabile. </li><li> Gettare le siringhe per iniezione primarie. </li></ol> 6. Terminare l&#39;esperimento <ol><li> Fermare prima la pompa a siringa, quindi interrompere la registrazione del potenziale di membrana e salvare i dati. </li><li> Spegnere il flusso N 2 e rimuovere le linee e il Parafilm dai vasi di iniezione. </li><li> Se lo si desidera, la soluzione campione serbatoio o precipitare per ulteriori analisi. Per rimuovere con attenzione la soluzione di riserva e non disturbare il precipitato, utilizzare una pipetta da 25 ml per pipetta con cautela la soluzione serbatoio in diverse aliquote, e scartare la soluzione in un bicchiere di rifiuti. </li><li> Sganciare i vasi iniezione uno alla volta e versare la soluzione in un becher di trasferimento dei rifiuti nella cappa. Utilizzare DDH 2 O per sciacquare pezzi di precipitato. </li><li> Rimuovere le siringhe from la pompa a siringa, ed estrarli dal tubo, che il fluido iniezione supplementare scappare nel bicchiere trasferimento dei rifiuti. Svuotare le siringhe nel bicchiere rifiuti e smaltire le siringhe in un contenitore solfuro taglienti conservata nella cappa. </li><li> Rimuovere il tubo dalla fiala esperimento e smaltire in un sacchetto di rifiuti solidi. Uncrimp il sigillo e smaltire il setto, sigillo, e puntale. </li><li> Sciacquare l&#39;esperimento fiala di vetro e immergerlo in un 1 M HCl bagno acido O / N. (ATTENZIONE - vetreria che è stato in contatto con il solfuro di sodio rilascerà tossici H 2 S gas quando sono immessi in acido Tenere bagni acidi all&#39;interno della cappa..) </li></ol>

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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 formazione di una struttura chimica giardino tramite metodo di iniezione può essere realizzato interfacciamento qualsiasi due soluzioni contenenti ioni reattivi che producono un precipitato. Ci sono molti sistemi di reazione possibili che produrranno strutture precipitato e trovare la giusta ricetta di ioni reattivi e concentrazioni di coltivare un struttura desiderata è una questione di tentativi ed errori. La portata della soluzione di iniezione è controllata da una pompa a siringa programmabili e questo può an...

&quot;Giardini chimiche&quot; sono precipitati inorganici autoassemblanti sviluppati dove due fluidi chimiche contrastanti interagiscono 1,2. Queste strutture inorganiche autoassemblanti sono stati oggetto di interesse scientifico per oltre un secolo in parte a causa del loro aspetto biomimetica, e sono stati perseguiti numerosi studi sperimentali e teorici per comprendere i vari aspetti complessi e possibili funzioni dei sistemi giardino chimici 3. Esempi naturali di giardini chimiche includono minerali &quot;camino&quot; precipitati che crescono intorno sorgenti idrotermali e filtra, e si è sostenuto che queste potrebbero fornire ambienti plausibili per la vita di emergere 4. Per crescere un giardino chimica simulando un naturale sfogo idrotermale camino, una soluzione di riserva dovrebbe rappresentare una composizione oceano simulato e una soluzione per l&#39;iniezione dovrebbe rappresentare il fluido idrotermale che alimenta nell&#39;oceano. La versatilità di questo tipo oesperimento f per sistemi di reazione diversi permette la simulazione di quasi tutti oceano / idrotermale chimica dei fluidi proposti, compresi gli ambienti sulla Terra primordiale o su altri mondi. Sulla Terra primordiale, gli oceani sarebbero stati anossica, acido (pH 5-6), e avrebbe contenuto sciolto CO 2 atmosferica e Fe 2+, così come Fe III, Ni 2+, Mn 2+, NO 3- e NO 2-. Reazioni chimiche tra questa acqua di mare e l&#39;oceano ultramafiche crosta avrebbero prodotto un fluido idrotermale alcalina contenente idrogeno e metano, e in alcuni casi solfuro (HS -) 4-8. I camini formatisi in ambienti di sfogo alcalino primi della Terra potrebbero così potuto contenere ossidrossidi di ferro / ferrosi e solfuri di ferro / nichel, ed è stato proposto che questi minerali potrebbero aver servito particolari funzioni catalitiche e proto-enzimatica verso sfruttando geochimici redox / gradienti di pH a guidare l&#39;emergere di Metabolism 5. Allo stesso modo, su altri mondi come quello può ospitare (o possono aver ospitato) acqua / interfacce di roccia - come presto Marte, la luna di Giove, Europa, o della luna di Saturno Encelado - è possibile che la chimica dell&#39;acqua / roccia potrebbe generare ambienti di sfiato alcaline in grado di guida chimica prebiotica o anche fornendo nicchie abitabili per la vita esistente 5,9-11. L&#39;esperimento giardino chimica classica comporta un cristallo seme di un sale di metallo, ad esempio cloruro tetraidrato ferrosi FeCl 2 • 4H 2 O, immersi in una soluzione contenente anioni reattivi, ad esempio silicato di sodio o &quot;acqua di vetro&quot;. Le sale si sciolga metallo, creando una soluzione acida contenente Fe 2+ che si interfaccia con la soluzione più alcalino (contenente anioni silicato e OH -) e una membrana inorganica precipitato si forma. Le onde membrana sotto pressione osmotica, scoppia, poi ri-precipitati unt la nuova interfaccia fluida. Questo processo si ripete fino a quando i cristalli si dissolvono, con un conseguente orientato verticalmente, struttura precipitato auto-organizzato con morfologia complessa in entrambe le scale macro e micro. Questo processo comporta la precipitazione continua separazione delle soluzioni chimicamente contrastanti attraverso la membrana giardino chimico inorganico, e la differenza di specie cariche attraverso la membrana produce un potenziale di membrana 12-14. Strutture giardino Chemical sono complesse, esibendo gradienti compositivi dall&#39;interno all&#39;esterno 13,15-19, e le pareti della struttura mantengono separazione tra soluzioni contrastanti per lunghi periodi, pur rimanendo alquanto permeabili agli ioni. Oltre ad essere un esperimento ideale per scopi educativi (in quanto sono semplici da fare per le dimostrazioni in classe, e possono educare gli studenti circa le reazioni chimiche e di auto-organizzazione), i giardini chimici hanno un significato scientifico come rappresentazioni di auto-assembly in, lontano dall&#39;equilibrio sistemi dinamici, che coinvolge i metodi che possono portare alla produzione di materiali interessanti ed utili 20,21. Giardini chimici in laboratorio possono essere coltivate con metodi di iniezione, in cui la soluzione contenente uno ione precipitante viene iniettata lentamente nella seconda soluzione contenente lo ione co-precipitante (o ioni). Ciò provoca la formazione di strutture da giardino chimiche simili a quelle di esperimenti di crescita dei cristalli, tranne che le proprietà del sistema e il precipitato può essere meglio controllati. Il metodo di iniezione ha diversi vantaggi significativi. Essa permette di formare un giardino chimica utilizzando qualsiasi combinazione di precipitanti o costituite specie, cioè, più ioni precipitanti possono essere incorporati in una soluzione, e / o altri componenti non-precipitante può essere incluso in entrambe le soluzioni di adsorbimento / reagiscono con il precipitato . Il potenziale di membrana generato in un prodotto chimicogiardino sistema può essere misurata in un esperimento di iniezione se un elettrodo è incorporato all&#39;interno della struttura, permettendo così lo studio elettrochimico del sistema. Esperimenti iniezione offrono la possibilità di alimentare la soluzione iniettabile nell&#39;interno del giardino chimica per tempi controllati variando la velocità di iniezione o volume totale iniettato; è quindi possibile alimentare attraverso diverse soluzioni sequenza e utilizzare la struttura precipitato come una trappola o reattore. Queste tecniche combinate, consentono simulazioni di laboratorio dei processi complessi che potrebbero si sono verificati in un sistema di giardino sostanza chimica naturale in uno sfogo sottomarino idrotermale, tra cui un camino formata da molte reazioni di precipitazione simultanee tra oceano e sfiato fluido (ad esempio, la produzione di solfuri metallici, idrossidi e / o carbonati e silicati) 5,22. Queste tecniche possono anche essere applicati a qualsiasi sistema di reazione chimica giardino per consentire la formazione di nuovi tipidi materiali, ad esempio, tubi stratificati o tubi con adsorbite specie reattive 20,23. Abbiamo dettaglio qui un esperimento esempio che include la crescita simultanea di due giardini, Fe 2+ chimici -contenenti strutture in un ambiente anossico. In questo esperimento abbiamo incorporato tracce di polifosfati e / o amminoacidi nella soluzione iniezione iniziale per osservare il loro effetto sulla struttura. Dopo la formazione iniziale del giardino chimico abbiamo poi cambiato la soluzione per l&#39;iniezione di introdurre solfuro come precipitante anione secondario. Misure di potenziali di membrana sono stati effettuati automaticamente durante l&#39;esperimento. Questo protocollo descrive come eseguire due esperimenti in una sola volta con una pompa a doppia siringa; I dati riportati necessari più esecuzioni di questa procedura. Le relativamente elevate portate, basso pH delle concentrazioni serbatoio e reagenti impiegati nei nostri esperimenti sono progettati per formare precipitati grande camino in tempo scbirre adatte per esperimenti di laboratorio di un giorno. Tuttavia, le portate di fluido a sorgenti idrotermali naturali possono essere molto più diffuse e le concentrazioni di reagenti precipitante (ad esempio, Fe e S in un sistema di terra in anticipo) potrebbe essere un ordine di grandezza inferiore 4; quindi, precipitati strutturati formerebbero su scale temporali più lunghi e la bocca potrebbe essere attivo per decine di migliaia di anni 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 volta che la soluzione iniettabile iniziato ad alimentare il serbatoio soluzione, un giardino precipitato chimico iniziato a formarsi l&#39;interfaccia fluida e questa struttura ha continuato a crescere nel corso dell&#39;iniezione (figure 4-7). Negli esperimenti riportati qui, la prima iniezione è idrossido di sodio (che può essere modificato per includere L-alanina e / o pirofosfato), e la soluzione era un serbatoio 1: 3 miscela di Fe 3+ / Fe 2+, ottenendo un misto -redox-S...

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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.

Giardini chimici come flusso attraverso Reattori simulando naturali idrotermali Sistemi

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.

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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.

I radicali liberi in Chemical Biology: da comportamento chimico a sviluppo Biomarker

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

Ricerca

Chimica

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.

Ad alta pressione Sapphire cellulare per la fase Equilibri misurazioni di CO<sub&gt; 2</sub&gt; / biologici / Water Systems

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.

Polimerizzazione a etilene in reattori a pressione parallele e una analisi cinetica di polimerizzazione a catena Transfer

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.

Sviluppo di un Backbone ciclico Peptide Biblioteca come potenziale Antiparassitaria Therapeutics Uso Microonde irradiazione

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.

Sintesi e caratterizzazione di supramolecolari colloidi

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.

Laser-riscaldamento e spettrometria Radiance, per lo studio di materiali nucleari in condizioni, simulando un incidente nucleare

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.

Minimo le pressioni degli esplosivi emulsione acquosa di masterizzazione

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.

Utilizzo di reattori di Micro-tubo di fermata-flusso per lo sviluppo di trasformazioni organiche

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.

Ridurre l'emissione di combustibile di salice a bassa temperatura a microonde assistito carbonizzazione Idrotermica

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.

Separazione di uranio e torio per 230Th-U Incontri di Solfuri idrotermali sottomarini

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