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. Considerações de segurança <ol><li> Use equipamento de protecção pessoal (bata de laboratório, óculos de proteção, luvas de borracha nitrílica, sapatos adequados) para prevenir contra vazamentos químicos ou ferimentos. Usar seringas e agulhas, e tomar cuidado para não perfurar luvas. Tome cuidado durante a instalação do experimento para verificar o aparelho para vazamentos realizando a primeira injeção com duas vezes destilada H 2 O (DDH 2 O), e verificar a estabilidade dos tubos de ensaio sobre o suporte, antes de adicionar produtos químicos. </li><li> Realizar esta experiência com qualquer receita jardim química, mas um dos reagentes que usamos para simular aberturas de profundidade é um produto químico perigoso, sulfeto de sódio; portanto, fazer todo o experimento dentro de um exaustor para evitar a exposição. <ol><li> Apenas abrir a garrafa de sulfureto de sódio no exaustor de fumos e colocar um equilíbrio no interior do exaustor de fumos para a pesagem de sulfureto. Mantenha sempre soluções contendo sulfureto dentro da coifa como eles liberam tóxico H2S gás, e também manter sulfide líquido, farelos, e contentores de resíduos sólidos na coifa. Outro reagente de interesse é Fe (II) Cl 2 • 4H 2 O, que oxidam quando expostas ao ar, por isso tome cuidado para manter as soluções anóxica e crescer jardins químicas no âmbito de um espaço superior anóxica (por exemplo, N 2 ou Ar), sempre dentro um exaustor ou caixa de luvas. </li></ol></li></ol> 2. Instalação para Experimentos Injeção <ol><li> Crie vidro &quot;frascos para injectáveis&quot;, cortando a parte inferior 1 cm de um 100 ml de vidro transparente friso parte superior do frasco de soro (20 mm friso selo tipo de fechamento) com um cortador de vidro, de modo que, quando invertido, o navio está aberto para o ar. Como estes são reutilizáveis, limpe os frascos em um 1 M HCl banho de ácido O / N, e depois enxaguar bem com ddH2O antes de uma nova experiência. </li><li> Prepare os frascos de injecção (Figura 1). <ol><li> Recolha um septo 20 mm, 20 milímetros de alumínio friso de vedação, e uma 0,5-10 ul pipeta de plástico ponta. Utilizando uma seringa 16 G NEedle, perfure cuidadosamente um buraco no centro do septo, em seguida, remover e eliminar a agulha no recipiente de resíduos perfurocortantes apropriado. </li><li> Insira a ponta da pipeta para o buraco da agulha, para o lado do septo de borracha que vai enfrentar dentro do top friso do frasco. Empurre a ponta da pipeta através do septo para que ele pica para fora do outro lado. </li><li> Crimp-selar o septo com ponteira na embarcação injeção para fazer uma vedação estanque. Quando selado, empurrar a ponta da pipeta ainda mais através do septo, de modo que se projecta do lado de fora. </li><li> Apor 1/16 &quot;tubulação quimicamente resistentes clara flexível de diâmetro interno para a ponta da pipeta (comprimento da tubulação deve chegar a partir do frasco para injectáveis ​​para a bomba de seringa); deslize-o para uma vedação estanque. Nota: Este será o tubo de injecção, alimentado a partir da outra extremidade por uma seringa com agulha G 16. </li><li> Verifique se há vazamentos: Inserir uma seringa de 10 ml cheio com ddH2O com uma agulha G 16 na outra extremidade do tubo(suavemente deslize a tubulação reta na agulha e ter cuidado para não perfurar a parede do tubo). Injecte lentamente de modo que o ddH2O se move para cima do tubo e para dentro do fundo do vaso de reacção. Garantir que a seringa / tubo, tubo / ponta, e cravar os selos são à prova d&#39;água. </li></ol></li><li> Braçadeira os frascos de injecção sobre um suporte em um exaustor, de modo que a injecção será alimentado a partir do fundo do frasco. Nota: Vários frascos podem ser criados de uma só vez e alimentada simultaneamente por seringas separadas. </li><li> Configure eletrodos para medir o potencial de membrana através da parede dos jardins químicos. Sempre use a mesma convenção para que o chumbo é &quot;dentro&quot; e que é &quot;fora&quot; dos jardins químicos. <ol><li> Cortar comprimentos de fio isolado (por exemplo, cobre) que chegam do interior dos vasos de reacção para a liderança do multímetro ou data logger. Deixe um pouco de folga nos cabos de posicionamento. </li><li> Tira ~ 3 mm dofio desencapado nas extremidades que serão localizados dentro do tubo de reação. Nos outros fins que serão conectados aos fios multímetro, tira ~ 1 cm de fio. </li><li> Fixe os fios no lugar para medir o potencial de membrana em todo o jardim química. Para o fio que vai dentro do jardim química: insira-o na abertura da ponta da pipeta a partir do qual o fluido irá alimentar dentro do recipiente. </li><li> Empurrar o fio em levemente para assegurar o contacto com a solução de injecção, mas não tão longe que vai obstruir o fluxo de injecção. Para o exterior fio: Coloque-o para que ele estará em contato com o reservatório de solução, mas não com o precipitado jardim química. </li><li> Fita ou de outra forma fixar os fios, de modo que eles não podem mover-se dentro do frasco de injecção durante a experiência (Figura 2). </li><li> Prenda as outras extremidades dos fios para o multímetro, e prenda os fios para que esses fins também não se movem ao longo da experiência. </li></ol></li><li> Configure N 2 </sub&gt; linhas de gás que alimentam cada um dos frascos para injectáveis. <ol><li> Dividir a alimentação de gás a partir de uma fonte de N 2 em vários tubos, de modo que não é um N 2 para a alimentação de cada frasco para injecção. </li><li> Colocar cada tubo de N 2 de modo a que se alimenta no espaço livre de um dos frascos de injecção. </li></ol></li></ol> 3. Preparação de Soluções para o Crescimento Chemical Garden <ol><li> Preparar a solução de reservatório, 100 ml para cada experimento. Nota: Neste exemplo, utilizam 75 mM de Fe2 + e Fe3 + 25 mM como os catiões de precipitação (Tabela 1). <ol><li> Criar soluções anóxicas pela primeira borbulhando o ddH2O com N2 gasoso durante ~ 15 min por 100 ml. </li><li> Pesar e adicionar o FeCl 2 • 4H 2 O e FeCl3 • 6H 2 O, com agitação suave para dissolver (não vigorosamente de modo a não introduzir oxigénio). </li><li> Depois de os reagentes são dissolvidos, resum imediatamentee luz borbulhante do Fe 2+ / Fe 3+ solução com gás N2 enquanto injecções são preparadas. </li></ol></li><li> Escolha qualquer uma das duas soluções de injecção primários mostrados na Tabela 1, e preparar-se 10 ml de cada. Encha uma seringa de 10 ml até à marca de 7 mL com cada uma das soluções (uma seringa para cada solução). Substituir as tampas de agulhas e reserve. </li><li> Prepare 20 ml da solução de injeção secundário (sulfeto de sódio - CUIDADO). Apresentados na Tabela 1 Encha duas seringas de 10 ml para a marca de 7 ml com esta solução, recoloque as tampas de agulhas e reserve. Mantenha sempre soluções e seringas contendo sulfureto na coifa. </li><li> Encha novamente o DDH 2 O seringas de Passo 2.2.5; estes serão utilizados para lavar o tubo de injecção. </li></ol> 4. A partir da injeção primária <ol><li> Use registrador de dados desejado para membrana medições potenciais; medir o potencial de cada experimento em um separate canal, e definir a taxa de varredura para dar a quantidade desejada de pontos de dados (por exemplo, para uma injecção de 2 horas, a gravação potencial a cada 30 seg seria suficiente). </li><li> Fixar as seringas de injecção primária sobre a bomba de seringa programável no exaustor de fumos. </li><li> Use um copo de resíduos para pegar pinga e definir a bomba de seringa para injetar em um ritmo rápido até que as seringas ambos começam a escorrer para o copo. Em seguida, parar a injecção (de modo a garantir que as duas seringas começam a injectar-se exactamente o mesmo nível). </li><li> Re-programa a bomba de seringa para injectar a 2 ml por hora (para calibrar o tipo de seringa a ser utilizado), mas não atingiu início. </li><li> Inserir as ddH2O seringas nos dois tubos de injecção de plástico, e injectar de modo a que a água enche o tubo transparente até a abertura onde entra no reservatório principal. Coloque as seringas no stand, acima dos frascos para injectáveis. </li><li> Despeje 100 ml de solução reservatório do Fe 2+ / Fe 3+ em eACH frasco. </li><li> Ajustar o fluxo das linhas de gás N 2 como desejado para manter o experimento anóxica para a duração das injecções. </li><li> Cobrir cuidadosamente os frascos de reservatório com uma vedação hermética (por exemplo, usando Parafilm; não obstruir a vista através do vidro) e inserir um N 2 alimentação em cada frasco (Figura 3). </li><li> Traga os DDH 2 O (ainda seringas inseridos na tubulação) para baixo próximo à seringas de injeção primários. Deslize cuidadosamente o tubo de injecção de plástico fora do DDH 2 O seringa de agulha, e transferi-lo imediatamente diretamente em uma das agulhas de seringa de injeção primária. (Tome cuidado para não perfurar a parede do tubo.) </li><li> Comece a injecção, e inicia a gravação do potencial de membrana. </li></ol> 5. Começando a injeção secundária: <ol><li> Hit parada da bomba de seringa após 3 horas (depois de 6 ml foram injetados), estruturas do jardim uma vez químicos formaram (FiguRe 4), continuamente gerando um potencial de membrana (Figura 5). </li><li> Remova cuidadosamente as seringas de injeção primários da bomba de seringa (mas deixe-os conectados à tubulação de modo que as estruturas não são perturbados); colocá-las na posição acima do nível do líquido nos tubos de ensaio de modo a que o fluido não pode fluir para trás para dentro da seringa. </li><li> Prenda as seringas de injeção de sulfeto secundário para a bomba de seringa, e repita os passos 4.3 e 4.4. </li><li> Retirar as seringas secundárias um de cada vez a partir da bomba de seringa, e, ao mesmo tempo que prende as seringas acima do nível do líquido nos tubos de ensaio, repita a etapa 4.9, transferindo o tubo a partir das seringas primárias para as seringas secundários (Figura 6). Seja vigilante que a pressão do fluido a partir do reservatório para dentro da seringa não obrigar o fluido a fluir para dentro da seringa como este pode entrar em colapso o jardim química. </li><li> Quando a transferência estiver completa, segura com cuidado as seringas secundárias ao thbomba e seringa. </li><li> Re-programa a bomba de seringa para injectar a 2 ml por hora, e bateu começo para continuar a injecção com a nova solução de injecção. </li><li> Com segurança descartar as seringas de injeção primários. </li></ol> 6. Fim do Experimento <ol><li> Primeira parada da bomba de seringa, em seguida, parar a gravação do potencial de membrana e salvar os dados. </li><li> Desligue o fluxo de N 2 e remova as linhas eo Parafilm a partir dos vasos de injeção. </li><li> Se desejado, a amostra de solução reservatório ou precipitar para análise posterior. Para remover cuidadosamente a solução de reservatório e para não perturbar o precipitado, utilizar uma pipeta de 25 ml de uma pipetagem cuidadosa fora a solução reservatório em várias alíquotas e descartar a solução em um copo de resíduos. </li><li> Soltar os vasos de injecção um de cada vez e deitar a solução para uma proveta de transferência de resíduos no exaustor de fumos. Use ddH2O para lavar peças de precipitado. </li><li> Retire as seringas frosou a bomba de seringa, e extraí-los da tubulação, deixando fluido de injeção extra de correr para o copo de transferência de resíduos. Esvazie as seringas para o copo de resíduos e descarte das seringas em um recipiente de sulfeto de farelos mantido na capela. </li><li> Remova o tubo do frasco experimento e descartá-la em um saco de resíduos sólidos. Uncrimp o selo e dispor do septo, selo, e ponteira. </li><li> Enxaguar o experimento frasco de vidro e mergulhe-o em um 1 M HCl banho de ácido O / N. (ATENÇÃO - vidro que tem estado em contacto com sulfeto de sódio vai lançar tóxico H 2 S de gás quando colocado em ácido Mantenha banhos de ácido no interior do exaustor..) </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.

A formação de uma estrutura de jardim química através do método de injecção pode ser conseguida por qualquer interface duas soluções contendo iões reactivos que produzem um precipitado. Existem muitos sistemas reaccionais possíveis que irão produzir estruturas precipitado e encontrar a receita certa de iões reactivos e concentrações para crescer uma estrutura desejada é uma questão de tentativa e erro. A taxa de fluxo da solução de injecção é controlada por uma bomba programável de seringa e isto ...

&quot;Jardins Químicas&quot; são precipitados inorgânicos auto-montagem desenvolvidos, onde dois fluidos de químicas contrastantes interagem 1,2. Estas estruturas inorgânicas de auto-montagem têm sido objeto de interesse científico por mais de um século, em parte devido à sua aparência biomimético, e muitos estudos experimentais e teóricos têm sido buscadas para entender os vários aspectos complexos e as possíveis funções dos sistemas de jardim químicos 3. Exemplos naturais de jardins químicos incluem minerais &quot;chaminé&quot; precipitados que crescem em torno fontes hidrotermais e afloramentos, e tem-se argumentado que estes poderiam fornecer ambientes plausíveis para a vida surgir 4. Para crescer um jardim química simulando um respiradouro chaminé hidrotermal natural, uma solução reservatório deve representar uma composição oceano simulado e uma solução para injecção deve representar o fluido hidrotermal que alimenta no oceano. A versatilidade deste tipo of experimento para diferentes sistemas de reação permite a simulação de quase qualquer química proposto fluido oceano / hidrotermal, incluindo ambientes da Terra primitiva ou em outros mundos. No início de terra, os oceanos teria sido anóxica, ácida (pH 5-6), e teria contido dissolvido CO2 atmosférico e Fe 2+, bem como Fe III, Ni 2+, Mn 2+, NO 3- e NO 2. Reações químicas entre esta água do mar e da crosta ultramafic oceano teria produzido um fluido hidrotermal alcalina contendo hidrogênio e metano, e em alguns casos, sulfeto (HS -) 4-8. As chaminés formadas em ambientes de ventilação alcalina Terra primitiva poderia, assim, ter contido oxihidróxidos férricos / ferrosos e sulfetos de ferro / níquel, e tem sido proposto que estes minerais pode ter servido particulares funções catalíticas e proto-enzimática para aproveitamento redox / gradientes de pH geoquímicas de conduzir o aparecimento de Metabolism 5. Da mesma forma, em outros mundos, como a que pode hospedar (ou pode ter hospedado) de água / interfaces de rock - como início de Marte, lua de Júpiter Europa, ou lua de Saturno Enceladus - é possível que a química da água / rock poderia gerar ambientes de ventilação alcalinas capaz de condução química prebiótica ou mesmo fornecendo nichos habitáveis ​​para a vida existente 5,9-11. O experimento clássico jardim química envolve um cristal semente de um sal de metal, por exemplo, tetra-hidrato de cloreto ferroso FeCl2 • 4H 2 O, submersas numa solução contendo aniões reactivos, por exemplo, silicato de sódio ou de &quot;vidro de água&quot;. O sal se dissolve de metal, criando uma solução ácida contendo Fe 2+ que faz interface com a solução mais alcalina (contendo aniões silicato e OH -) e uma membrana precipitado inorgânico é formado. As ondas de membrana sob pressão osmótica, explosões, em seguida, re-precipita umat da nova interface fluido. Este processo repete-se até que os cristais são dissolvidos, resultando numa orientada verticalmente, a estrutura auto-organizada precipitado com morfologia complexa em ambas as escalas macro e micro. Este processo de precipitação resulta na separação de soluções de continuidade contrastantes quimicamente através da membrana jardim química inorgânica, e a diferença de espécies carregadas através da membrana produz um potencial de membrana 12-14. Estruturas do jardim Chemical são complexos, exibindo gradientes de composição do interior para o exterior 13,15-19, e as paredes da estrutura manter a separação entre as soluções contrastantes por longos períodos, permanecendo um pouco permeável aos íons. Além de ser uma experiência ideal para fins educacionais (como eles são simples de fazer para demonstrações de sala de aula, e pode educar os alunos sobre reações químicas e auto-organização), jardins químicos têm significado científico como representações de auto-assembly em dinâmicos, far-de-equilíbrio sistemas, envolvendo métodos que podem levar à produção de materiais interessantes e úteis 20,21. Jardins químicas em laboratório também pode ser cultivada por métodos de injecção, no qual a solução contendo um ião de precipitação é injectada lentamente para a segunda solução contendo o ião de co-precipitante (ou iões). Isto resulta na formação de estruturas do jardim químicas semelhantes às experiências de crescimento de cristal, a não ser que as propriedades do sistema e o precipitado pode ser melhor controlada. O processo de injecção tem várias vantagens significativas. Ele permite um para formar um jardim química usando qualquer combinação de precipitantes ou incorporados espécies, isto é, vários iões precipitantes podem ser incorporados em uma solução, e / ou outros componentes não-precipitante pode ser incluído em qualquer solução para adsorver / reagem com o precipitado . O potencial de membrana gerado em um produto químicosistema de jardim pode ser medido numa experiência de injecção se um eléctrodo é incorporada no interior da estrutura, permitindo assim estudo electroquímica do sistema. Experiências de injecção oferecem a capacidade para alimentar a solução de injecção para o interior do jardim química para intervalos de tempo controlada pela variação da velocidade de injecção ou volume total injectado; Por conseguinte, é possível alimentar as soluções através de diferentes sequencialmente e usar a estrutura precipitada como uma armadilha ou reactor. Combinadas, estas técnicas permitem simulações laboratoriais dos processos complexos que poderiam ter ocorrido em um sistema de jardim química natural em um respiradouro submarino hidrotermal, incluindo uma chaminé formado a partir de muitas reacções de precipitação simultâneas entre oceano e ventilação de líquidos (por exemplo, produtores de sulfetos metálicos, hidróxidos , e / ou carbonatos e silicatos) 5,22. Estas técnicas podem também ser aplicados a qualquer sistema de reacção jardim química para permitir a formação de novos tiposde materiais, como por exemplo, tubos ou tubos em camadas com espécies reactivas adsorvidas 20,23. Nós detalhes aqui um experimento exemplo que inclui o crescimento simultâneo de dois jardins químicos, Fe 2+ molecular contendo estruturas em um ambiente anóxico. Nesta experiência foram incorporadas pequenas quantidades de polifosfatos e / ou aminoácidos na solução de injecção inicial para observar o seu efeito sobre a estrutura. Após a formação inicial do jardim químico que depois passou a solução de injecção para introduzir sulfeto como um ânion de precipitação secundária. As medições de potenciais de membrana foram feitas automaticamente durante todo o experimento. Este protocolo descreve como executar dois experimentos de uma só vez utilizando uma bomba de seringa dupla; Os dados mostrados necessários vários ensaios deste procedimento. As taxas relativamente elevadas de fluxo, baixo pH das concentrações dos reservatórios e dos reagentes utilizados em nossos experimentos são projetados para formar grande chaminé precipita em tempo scales adequados para experimentos de laboratório de um dia. No entanto, as taxas de fluxo do fluido em fontes hidrotermais naturais pode ser muito mais difusa e as concentrações de reagentes de precipitação (por exemplo, Fe e S num sistema cedo terra) poderia ser de uma ordem de magnitude mais baixa 4; assim, precipitados estruturados formaria em escalas de tempo mais longos e a ventilação poderia ser ativo para dezenas de milhares de anos 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.

Uma vez que a solução de injecção começou a ser alimentada para dentro da solução de reservatório, um jardim química precipitado começou a formar-se na interface fluido e esta estrutura continuaram a crescer ao longo do curso da injecção (Figuras 4-7). Nas experiências relatadas aqui, a primeira injecção foi de hidróxido de sódio (que pode ser modificada para incluir L-alanina e / ou pirofosfato), e a solução reservatório era uma mistura 1: 3 de Fe3 + / Fe2 +, d...

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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.

Jardins químicos como Fluxo através Reatores simulando Naturais sistemas hidrotérmicos

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 visualizações.  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.

Radicais Livres em Biologia Química: de comportamento químico para o Desenvolvimento de biomarcadores

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

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.

Sapphire celular de alta pressão para medições de Equilíbrio de Fases de CO<sub&gt; 2</sub&gt; / Orgânicos / Sistemas de Água

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.

Polimerizações etileno utilizando reatores de pressão paralelas e uma análise cinética da cadeia de transferência de Polimerização

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.

Desenvolvimento de um Backbone cíclica Biblioteca de Peptídeos como potencial antiparasitário Therapeutics Usando Microondas Irradiação

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.

Síntese e Caracterização de Supramoleculares Colloids

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.

Aquecimento a laser e espectrometria de radiância para o estudo de materiais nucleares em condições que simulam um acidente em uma usina 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, queimando as pressões de explosivos de emulsão à base de água

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.

Utilização de reatores de Microtubo de parada-fluxo para o desenvolvimento de transformações orgânicas

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.

Reduzindo a emissão de combustível de madeira do salgueiro pela baixa temperatura microondas assistida hidrotermal carbonização

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.

Separação de Urânio e Tório para Datação 230Th-U de Sulfetos Hidrotermais 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 ...