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. Güvenlik Hususlar <ol><li> Kimyasal sızıntıları veya yaralanmalara karşı önlemek için kişisel koruyucu ekipman (laboratuvar önlüğü, gözlük, eldiven nitril, uygun ayakkabılar) kullanın. Şırınga ve iğneler kullanın ve eldiven delmeyin özen gösterin. Ilk enjeksiyon yaparak kaçak olup olmadığını kontrol etmek için cihazı deneme kurulumu sırasında özen çift distile H 2 O (GKD 2 O), ve kimyasallar eklemeden önce, stand reaksiyon şişeleri kararlılığını kontrol etmek. </li><li> Herhangi bir kimyasal bir bahçe tarifi bu deneyi Taahhüt ama biz derin deniz deliklerini simüle etmek kullanın reaktanlardan biri, tehlikeli bir kimyasal sodyum sülfit olduğu; Bu nedenle maruz kalmasını önlemek için davlumbaz içine tüm deneme yapın. <ol><li> Sadece davlumbaz sodyum sülfit şişe açın ve sülfür tartmak için davlumbaz içinde bir denge yerleştirin. Onlar zehirli H 2 S gazı serbest olarak daima davlumbaz içine sülfit içeren çözümler tutmak ve aynı zamanda sulfid tutmake sıvı, kavuz ve davlumbaz katı atık konteynerleri. Diğer bir ilginç reaktan havaya maruz kalma üzerine oksitleyen Fe (II) CI 2 • 4H 2, O,, yani oksijensiz çözümler tutulması ve (örneğin, N, 2 veya Ar), zaman içinde oksijensiz kafa kısmında altında kimyasal bahçeleri büyümeye özen Bir davlumbaz veya torpido gözü. </li></ol></li></ol> Enjeksiyon Deneyleri 2. Kurulum <ol><li> Ters zaman, damar havaya açık, böylece cam kesici üst serum şişesini (20 mm kıvrım mühür kapatma türü) kıvrım 100 ml&#39;lik şeffaf cam alt 1 cm keserek cam &quot;enjeksiyon şişeleri&quot; oluşturun. Bu yeniden kullanılabilir gibi, 1 M HCl asit banyosu O / N şişeleri temizlemek ve sonra yeni bir deneyden önce GKD 2 O ile iyice durulayın. </li><li> Enjeksiyon şişeleri (Şekil 1) hazırlayın. <ol><li> 20 mm&#39;lik septum, 20 mm alüminyum mühür kıvrım ve 0.5-10 ul plastik pipet toplayın. 16 G şırınga NE kullanmaEdle, dikkatli, daha sonra septum merkezinden bir delik delmek kaldırmak ve uygun kesici çöp bidonuna iğne atın. </li><li> Şişenin kıvrım üst içinde karşılaşacağı lastik septum tarafına, iğne deliğine pipet yerleştirin. Diğer yan pokes böylece septum ile pipet itin. </li><li> Kıvrım-mühür su geçirmez bir mühür yapmak için enjeksiyon gemiye pipet ile septum. Mühürlü zaman dışarıda çıkıntı, böylece septum aracılığıyla daha fazla pipet itin. </li><li> (Boru uzunluğu şırınga pompası enjeksiyon viyalden ulaşması gerekir) pipet ile 1/16 &quot;iç çapı net esnek kimyasal dayanıklı boru tutturmak; su geçirmez bir mühür için yukarıya doğru kaydırın. Not: Bu, 16 G iğne ile şırıngayla diğer ucundan beslenir enjeksiyon borusu, olacaktır. </li><li> Sızıntı olup olmadığını kontrol edin: Hortumun diğer ucunu bir 16 G iğne ile GKD 2 O ile dolu bir 10 ml şırınga takın(sorunsuz düz iğne üzerine boru slayt ve boru duvarı delmek için dikkatli olun). Yavaş yavaş GKD 2 O boru yukarı hareket eder ve reaksiyon, kabın dibine kadar enjekte edilir. Bu şırınga / tüp, tüp / ucu sağlamak ve kıvrım mühürler su geçirmez. </li></ol></li><li> Enjeksiyon şişenin tabanından besleyecek şekilde, bir çeker ocak içinde bir stand enjeksiyon şişeleri sıkıştırın. Not: Birden fazla şişeler seferde kurmak ve ayrı enjektörler ile eş zamanlı olarak beslenebilir. </li><li> Kimyasal bahçeleri duvarı boyunca membran potansiyeli ölçmek için elektrotlar ayarlayın. Her zaman kurşun &quot;içinde&quot; olduğu ve kimyasal bahçeleri &quot;dışarıda&quot; olan aynı kuralı kullanmak. <ol><li> Multimetre veya veri kaydedici kurşun reaksiyon damarları içinden ulaşmak yalıtılmış tel (örneğin, bakır) uzunlukları kesin. Konumlandırma için teller bolluk biraz bırakın. </li><li> Şerit ~ 3 mmReaksiyon şişesine içinde yer alması uçlarında çıplak tel. Multimetre potansiyel, tel şeridi ~ 1 cm bağlanacak olan diğer ucunda. </li><li> Kimyasal Bahçe arasında membran potansiyeli ölçmek için yerinde telleri sabitleyin. Kimyasal Bahçe içinde gidecek tel: sıvı kabına besleyecek olan pipet açılması takın. </li><li> Ama şimdiye kadar enjeksiyon akışını tıkar ki, enjeksiyon solüsyonu ile temas sağlamak için hafifçe teli itin. Dış tel için: yerinde o çözüm rezervuar ile değil kimyasal bahçe çökelti ile temas edecek şekilde yerleştirin. </li><li> Onlar deney (Şekil 2) sırasında enjeksiyon flakon içinde hareket edemez, böylece bant veya başka teller sabitleyin. </li><li> Multimetre ile tellerin diğer uçlarını takın ve bu uçları da deney boyunca hareket etmiyor, böylece kabloları sabitleyin. </li></ol></li><li> N 2 Set up </Her enjeksiyon şişeleri birine besleyecek alt&gt; gaz hatları. <ol><li> Her bir enjeksiyon vial için bir N2 besleme vardır, böylece çok sayıda tüp içine N2 kaynaktan gaz beslemesini Böl. </li><li> Enjeksiyon şişeleri birinin üst kısmında besleniyor, böylece her N 2 tüp yerleştirin. </li></ol></li></ol> Kimyasal Bahçe Büyüme için Çözümler 3. Hazırlık <ol><li> Rezervuar çözeltisi, her bir deney için 100 ml hazırlayın. Not: Bu örnekte, çökeltme katyonlar (Tablo 1) 75 mM Fe + 2 ve 25 mM Fe 3+ kullanın. <ol><li> Önce 100 ml başına ~ 15 dakika boyunca N2 gazı ile GKD 2 O kabarcıklandırılmasıyla anoksik çözüm oluşturur. </li><li> (Oksijen tanıtmak değil değil şiddetle kadar) tartılır ve eritmek için hafifçe karıştırarak, FeCl 2 • 4H 2 O ve FeCl3 • 6H 2 O ekleyin. </li><li> Reaktifler çözündürülür hemen sonra, resumFe 2+ / Fe e ışık köpüren 3+ N 2 gazı ile çözüm enjeksiyonları hazırlanır iken. </li></ol></li><li> Tablo 1 &#39;de gösterilen primer enjeksiyon solüsyonları herhangi iki seçin ve her biri 10 ml hazırlar. Çözeltilerin her birinin 7 ml işaretine kadar bir 10 ml şırınga (her çözelti için bir şırınga) doldurun. İğne kapaklarını değiştirin ve bir kenara koyun. </li><li> . İkinci enjeksiyon solüsyonu 20 ml (sodyum sülfit - DİKKAT) Hazırlama Tablo 1&#39;de gösterilmiştir Bu çözeltiye 7 ml işaretine kadar iki adet 10 ml&#39;lik şırınga Dolgu iğne kapaklarını kenara ayırın. Her zaman davlumbaz sülfit içeren çözümleri ve şırınga tutmak. </li><li> GKD Adım 2.2.5 2 Ey şırınga doldurun; Bu enjeksiyon tüpü yıkamak için kullanılır. </li></ol> 4. Birincil Enjeksiyon Başlangıç <ol><li> Zar potansiyeli ölçümleri için istenen data logger kullanın; Bir separat her denemenin potansiyelini ölçmeke kanalı ve (potansiyel her 30 sn yeterli olacaktır kayıt, 2 saatlik enjeksiyon için, örneğin) veri noktalarının istenilen miktarda vermek için tarama hızını ayarlamak. </li><li> Davlumbaz programlanabilir şırınga pompası birincil enjeksiyon şırınga edin. </li><li> Damlar yakalamak ve şırıngalar hem behere damla başlayana kadar hızlı bir oranda enjekte etmek şırınga pompası ayarlamak için bir atık beher kullanın. Daha sonra, (iki şırınga tam olarak aynı seviyede enjekte başlamasını sağlamak için) enjeksiyonu durur. </li><li> Şırınga pompası saatte 2 ml enjekte Yeniden programı (kullanılan şırınga türü için kalibre), ancak başlangıç ​​basmayın. </li><li> İki plastik enjeksiyon tüp içine GKD 2 O şırınga yerleştirin ve su ana rezervuar girdiği diyafram açık boru kadar dolduracak şekilde enjekte edilir. Enjeksiyon şişeleri üzerinde, standında şırınga yerleştirin. </li><li> Ea içine Fe2 + / Fe 3+ rezervuar çözeltisi 100 ml dökünch flakon. </li><li> Enjeksiyonlar süresince deney anoksik tutmak istediğiniz gibi N2 gaz hatları akışını ayarlayın. </li><li> (; Camdan görünümü engellemekten değil, örneğin Parafilm kullanarak) ve her şişeye (Şekil 3) içine bir N 2 besleme eklemek dikkatlice hava geçirmeyen bir mühür ile rezervuar şişeleri örtün. </li><li> GKD 2 O şırınga (hala tüp takılı) aşağı yanındaki birincil enjeksiyon şırınga getirin. Dikkatle GKD 2 O şırınga iğnesi kapalı plastik enjeksiyon boru kaydırın ve hemen birinci enjeksiyon şırınga iğneleri birinin üzerine doğrudan aktarın. (Boru duvarı delmeyin özen gösterin.) </li><li> Enjeksiyon başlatın ve membran potansiyeli Kayda başlamak. </li></ol> 5. İkincil enjeksiyon Başlangıç: <ol><li> ((6 ml enjekte edildikten sonra), bir kez kimyasal bahçe yapıları oluşturmuşlardır 3 saat sonra figu şırınga pompası durdurma Hit) 4 yeniden sürekli bir membran potansiyeli üretilmesi (Şekil 5). </li><li> Dikkatle şırınga pompası birincil enjeksiyon şırınga kaldırmak (ancak yapıların rahatsız değil bu yüzden boru bağlı bırakın); Sıvı geri şırınga içine akamaz böylece şişeler içinde sıvı seviyesinden standında bunları ayarlayın. </li><li> Şırınga pompası ikincil enjeksiyon sülfit şırınga Güvenli ve Adımları 4.3 ve 4.4 tekrarlayın. </li><li> Şişelerde sıvı seviyesinden şırıngalar tutarken ikincil şırınga birincil şırıngalardan (Şekil 6) boru transfer Adım 4.9 tekrarlayın, şırınga pompasından bir anda ikincil şırıngalar birini çıkarın ve. Şırıngaya hazneden sıvı basıncı bu kimyasal bahçesi çökebilir olarak enjektöre geri akmasına sıvı neden olmaz uyanık olun. </li><li> Transfer tamamlandığında, dikkatle th ikincil şırınga sabitleyine şırınga pompası. </li><li> Yeniden programı şırınga pompası saatte 2 ml enjekte etmek ve yeni enjeksiyon solüsyonu ile enjeksiyon devam başlar hit. </li><li> Güvenle birincil enjeksiyon şırınga imha. </li></ol> 6. Deneme Bitiş <ol><li> İlk olarak, şırınga pompası durdurun sonra membran potansiyeli kaydı durdurmak ve verileri kaydetmek. </li><li> N 2 akışını kapatın ve enjeksiyon damarları satırları ve Parafilm çıkarın. </li><li> Arzu edildiği takdirde, rezervuar çözeltisi örnek veya daha fazla analiz için hızlandırabilir. Dikkatlice rezervuar çözüm kaldırmak ve çökelti rahatsız değil, dikkatli, birkaç seferde rezervuar çözümü pipetle ve atık beher çözüm atmak için 25 ml&#39;lik pipet kullanın. </li><li> Enjeksiyon gemilerin bir seferde çözülme ve davlumbaz atık aktarma behere çözüm dökün. Çökelti parçalarını durulama GKD 2 O kullanın. </li><li> Fro şırınga kaldırşırınga pompası m ve atık aktarma behere kaçıp ekstra enjeksiyon sıvısı icar, borudan onları ayıklamak. Atık behere şırınga boşaltın ve davlumbaz tutulan bir sülfür kesici kapta şırıngalar atmayın. </li><li> Deney şişeden tüpünü çıkarın ve bir katı atık torbasına atınız. Mühür Uncrimp ve septum, mühür ve pipet atmayın. </li><li> Cam deney şişe yıkayın ve 1 M HCl asit banyosu O / N o emmek. (DİKKAT - asit konulduğunda zehirli H 2 S gazı yayınlayacak sodyum sülfür ile temas içinde olmuştur cam davlumbaz içine asit banyoları tutun.). </li></ol>

<ol>
	<li>Leduc, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Mechanism of Life. , (1911).</li><li>Coatman, R. D., Thomas, N. L., Double, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+the+growth+of+&#8216;&#8216;silicate+gardens&#8217;&#8217;+and+related+phenomena.">Studies of the growth of &#8216;&#8216;silicate gardens&#8217;&#8217; and related phenomena.</a> J. Mater. Sci. 15, 2017-2026 (1980).</li><li>Barge, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Chemical+Gardens+to+Chemobrionics.">From Chemical Gardens to Chemobrionics.</a> Chem. Rev. 115 (16), 8652-8703 (2015).</li><li>Russell, M. J., Hall, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+onset+and+early+evolution+of+life.">The onset and early evolution of life.</a> GSA Memoir. 198, 1-32 (2006).</li><li>Russell, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Drive+to+Life+on+Rocky+and+Icy+Worlds.">The Drive to Life on Rocky and Icy Worlds.</a> Astrobiology. 14 (4), 308-343 (2014).</li><li>Macleod, G., Mckeown, C., Hall, A. J., Russell, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+and+oceanic+pH+conditions+at+4Ga+relevant+to+the+origin+of+life.">Hydrothermal and oceanic pH conditions at 4Ga relevant to the origin of life.</a> Origins Life Evol. B. 24, 19-41 (1994).</li><li>Mielke, R. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Test+of+a+Hydrothermal+Reactor+for+Origin&#8208;Of&#8208;Life+Experiments.">Fabrication and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin&#8208;Of&#8208;Life Experiments.</a> Astrobiology. 10, 799-810 (2010).</li><li>Russell, M. J., Hall, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+emergence+of+life+from+iron+monosulphide+bubbles+at+a+submarine+hydrothermal+redox+and+pH+front.">The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine hydrothermal redox and pH front.</a> J. Geol. Soc. Lond. 154, 377-402 (1997).</li><li>Vance, S., Harnmeijer, J., Kimura, J., Hussmann, H., Demartin, B., Brown, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+systems+in+small+ocean+planets.">Hydrothermal systems in small ocean planets.</a> Astrobiology. 7, 987-1005 (2007).</li><li>Ehlmann, B. L., Mustard, J. F., Murchie, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geologic+setting+of+serpentine+deposits+on+Mars.">Geologic setting of serpentine deposits on Mars.</a> Geophys. Res. Lett. 37, L06201 (2010).</li><li>Hsu, H. -. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ongoing+hydrothermal+activities+within+Enceladus.">Ongoing hydrothermal activities within Enceladus.</a> Nature. 519, 207-210 (2015).</li><li>Cartwright, J. H. E., Garc&#237;a-Ruiz, J. M., Novella, M. L., Ot&#225;lora, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+Chemical+Gardens.">Formation of Chemical Gardens.</a> J. Colloid Interf. Sci. 256, 351-359 (2002).</li><li>Barge, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Iron-Phosphate-Silicate+Chemical+Garden+Structures.">Characterization of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures.</a> Langmuir. 28, 3714-3721 (2012).</li><li>Glaab, F., Kellermeier, M., Kunz, W., Morallon, E., Garc&#237;a-Ruiz, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+Evolution+of+Chemical+Gradients+and+Potential+Differences+Across+Self-Assembling+Inorganic+Membranes.">Formation and Evolution of Chemical Gradients and Potential Differences Across Self-Assembling Inorganic Membranes.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 124, 4393-4397 (2012).</li><li>Pagano, J. J., Thouvenel-Romans, S. T., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compositional+analysis+of+copper&#8211;silica+precipitation+tubes.">Compositional analysis of copper&#8211;silica precipitation tubes.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 110-116 (2006).</li><li>Parmar, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+cobalt+precipitation+tube+synthesized+through+&#8220;silica+garden&#8221;+route.">Characterization of cobalt precipitation tube synthesized through &#8220;silica garden&#8221; route.</a> Mater. Charact. 60, 863-868 (2009).</li><li>Parmar, K., Pramanik, A. K., Bandyopadhya, N. R., Bhattacharjee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+Fe(III)-silicate+precipitation+tubes.">Synthesis and characterization of Fe(III)-silicate precipitation tubes.</a> Mater. Res. Bull. 45, 1283-1287 (2010).</li><li>Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-D&#237;az, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical-Garden+Formation,+Morphology,+and+Composition.+I.+Effect+of+the+Nature+of+the+Cations.">Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. I. Effect of the Nature of the Cations.</a> Langmuir. 27, 3286-3293 (2011).</li><li>Stone, D. A., Goldstein, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tubular+precipitation+and+redox+gradients+on+a+bubbling+template.">Tubular precipitation and redox gradients on a bubbling template.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (32), 11537-11541 (2004).</li><li>Makki, R., Ji, X., Mattoussi, H., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Organized+Tubular+Structures+as+Platforms+for+Quantum+Dots.">Self-Organized Tubular Structures as Platforms for Quantum Dots.</a> J. Am. Chem. Soc. 136, 6463-6469 (2014).</li><li>Long, D. -. L., Tsunashima, R., Cronin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyoxometalates:+Building+Blocks+for+Functional+Nanoscale+Systems.">Polyoxometalates: Building Blocks for Functional Nanoscale Systems.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 49, 1736-1758 (2010).</li><li>Mielke, R. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron-Sulfide-Bearing+Chimneys+as+Potential+Catalytic+Energy+Traps+at+Life&#8217;s+Emergence.">Iron-Sulfide-Bearing Chimneys as Potential Catalytic Energy Traps at Life&#8217;s Emergence.</a> Astrobiology. 11, 933-950 (2011).</li><li>Roszol, L., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+Wall+Thickness+and+Composition+of+Hollow+Precipitation+Tubes.">Controlling the Wall Thickness and Composition of Hollow Precipitation Tubes.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 20100 (2011).</li><li>Ludwig, K. A., Kelley, D. S., Butterfield, D. A., Nelson, B. K., Fr&#252;h-Green, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+evolution+of+carbonate+chimneys+at+the+Lost+City+Hydrothermal+Field.">Formation and evolution of carbonate chimneys at the Lost City Hydrothermal Field.</a> Geochim. Cosmochim. Ac. 70, 3625-3645 (2006).</li><li>Russell, M. J., Hall, A. J., Turner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+growth+of+iron+sulphide+chimneys:+possible+culture+chambers+for+origin-of-life+experiments.">In vitro growth of iron sulphide chimneys: possible culture chambers for origin-of-life experiments.</a> Terra Nova. 1, 238-241 (1989).</li><li>Russell, M. J., Daniel, R. M., Hall, A. J., Sherringham, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+hydrothermally+precipitated+catalytic+iron+sulphide+membrane+as+a+first+step+toward+life.">A hydrothermally precipitated catalytic iron sulphide membrane as a first step toward life.</a> J. Mol. Evol. 39 (3), 231-243 (1994).</li><li>Barge, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pyrophosphate+Synthesis+in+Iron+Mineral+Films+and+Membranes+Simulating+Prebiotic+Submarine+Hydrothermal+Systems.">Pyrophosphate Synthesis in Iron Mineral Films and Membranes Simulating Prebiotic Submarine Hydrothermal Systems.</a> Geochim. Cosmochim. Ac. 128, 1-12 (2014).</li><li>McGlynn, S. E., Kanik, I., Russell, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+and+RNA+contributions+to+iron-sulphur+chemical+gardens+as+life's+first+inorganic+compartments,+catalysts,+capacitors+and+condensors.">Peptide and RNA contributions to iron-sulphur chemical gardens as life's first inorganic compartments, catalysts, capacitors and condensors.</a> Philos. T. R. Soc. S-A. 370, 3007-3022 (2012).</li><li>Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-D&#237;az, C. I., Stocieck, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical-Garden+Formation,+Morphology,+and+Composition.+II.+Chemical+Gardens+in+Microgravity.">Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. II. Chemical Gardens in Microgravity.</a> Langmuir. 27, 3294-3300 (2011).</li><li>Thouvenel-Romans, S., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oscillatory+Growth+of+Silica+Tubes+in+Chemical+Gardens.">Oscillatory Growth of Silica Tubes in Chemical Gardens.</a> J. Am. Chem. Soc. 125, 4338-4341 (2003).</li><li>Batista, B. C., Cruz, P., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Hydrodynamic+Plumes+to+Chemical+Gardens:+The+Concentration-Dependent+Onset+of+Tube+Formation.">From Hydrodynamic Plumes to Chemical Gardens: The Concentration-Dependent Onset of Tube Formation.</a> Langmuir. 30, 9123-9129 (2014).</li><li>Herschy, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+origin-of-life+reactor+to+simulate+alkaline+hydrothermal+vents.">An origin-of-life reactor to simulate alkaline hydrothermal vents.</a> J. Mol. Evol. 79, 213-227 (2014).</li><li>Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K., Ishii, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+CO2+Reduction+by+Ni-containing+Iron+Sulfides:+How+Is+CO2+Electrochemically+Reduced+at+Bisulfide-Bearing+Deep-sea+Hydrothermal+Precipitates?.">Electrochemical CO2 Reduction by Ni-containing Iron Sulfides: How Is CO2 Electrochemically Reduced at Bisulfide-Bearing Deep-sea Hydrothermal Precipitates?.</a> Electrochim. Acta. 141, 311-318 (2014).</li><li>Hansen, H. C. B., Guldberg, S., Erbs, M., Koch, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+nitrate+reduction+by+green+rusts&#8212;effects+of+interlayer+anion+and+Fe+(II):+Fe+(III)+ratio.">Kinetics of nitrate reduction by green rusts&#8212;effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio.</a> Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).</li><li>Trolard, F., Bourri&#233;, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fougerite+a+natural+layered+double+hydroxide+in+gley+soil:+habitus,+structure,+and+some+properties.">Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties.</a> Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application. , (2012).</li><li>van Oss, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specifically+Impermeable+Precipitate+Membranes.">Specifically Impermeable Precipitate Membranes.</a> Surface and Colloid Science. , 115-144 (1984).</li><li>Baaske, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extreme+accumulation+of+nucleotides+in+simulated+hydrothermal+pore+systems.">Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Enjeksiyon yolu ile kimyasal bir bahçe yapısının oluşturulması, bir çökelti oluşturmak reaktif iyonları ihtiva eden bir iki çözüm ara-yüz ile gerçekleştirilebilir. Çökelek yapılarını üretecek ve reaktif iyon ve konsantrasyonlarının doğru tarifi bulmak istediğiniz bir yapı deneme yanılma meselesidir büyümek için pek çok olası tepki sistemleri vardır. Enjeksiyon çözeltisi akış hızı programlanabilir şırınga pompa ile kontrol edilir ve bu da, doğal sistemde sıvı akışının far...

&quot;Kimyasal bahçeleri&quot; zıt kimyaları iki sıvıları 1,2 etkileşime geliştirilen kendinden montaj inorganik çökeltiler vardır. Bunlar kendinden montaj inorganik yapılar kısmen kendi biomimetic görünümü üzerinde bir yüzyıl bilimsel ilgi konusu olmuştur ve birçok deneysel ve teorik çalışmalar, kimyasal bahçe sistemlerinin 3 farklı kompleks yönlerini ve olası fonksiyonları anlamak için takip edilmiştir. Kimyasal bahçelerin doğal örnekleri hidrotermal yaylar ve sızıntıları etrafında büyümeye mineral &quot;baca&quot; çökeltiler içerir ve bu hayat 4 ortaya çıkması için makul ortamlar sağlayabilir iddia edilmiştir. Doğal hidrotermal havalandırma baca taklit kimyasal bahçe büyümeye, bir rezervuar çözüm simüle okyanus kompozisyon ve okyanus içine beslemeleri hidrotermal sıvıyı temsil etmelidir enjeksiyon çözümü temsil etmelidir. Bu tip o çok yönlülüğüFarklı reaksiyon sistemlerinin f deneyi erken Dünya&#39;da ya da diğer dünyalara ortamlarda dahil olmak üzere hemen her önerilen okyanus / hidrotermal akışkan kimyası, simülasyonu için izin verir. Erken On Earth, okyanuslar oksijensiz, asidik (pH 5-6) olurdu, ve NO 3- atmosferik CO2 ve Fe 2+ yanı sıra Fe III, Ni 2+ olarak Mn 2+, çözünmüş içeriyordu olurdu ve NO 2. Bu deniz suyu ve ultramafik okyanus kabuğunun arasında kimyasal reaksiyonlar hidrojen ve metan içeren alkali hidrotermal akışkanın üretilen ve olurdu bazı durumlarda sülfit (HS -) 4-8. Erken Dünya alkali havalandırma ortamlarda oluşan bacaların böylece demir / demir oksihidroksitler ve demir / nikel sülfit içeren olabilirdi ve bu mineraller jeokimyasal redoks / pH gradyanları sokmak sürücü doğru özellikle katalitik ve proto-enzimatik fonksiyonlar hizmet etmiş olabileceğini öne sürülmektedir Metaboli ortaya çıkmasısm 5. Aynı şekilde, bu kadar başka dünyalar barındırabilir (veya barındırılan olabilir) su / kayaç arayüzleri - su / kayaç kimyası yetenekli alkalin havalandırma ortamlarını yaratacaktır mümkündür - örneğin erken Mars, Jüpiter&#39;in uydusu Europa, ya da Satürn&#39;ün uydusu Enceladus olarak Prebiyotik kimya sürüş, hatta kaybolmamış yaşam 5,9-11 için yaşanabilir nişler sağlar. Klasik kimyasal bahçe deney reaktif anyonlar, örneğin, sodyum silikat, veya &quot;su camı&quot; ihtiva eden bir çözelti içine batırılmış bir metal tuzunun bir tohum kristali, örneğin demir klorid tetrahidrat • 4H 2 O FeCl 2 kapsar. Daha fazla alkali çözelti ile ara yüzleme yapan Fe 2+ ihtiva eden bir asidik çözelti oluşturma metal tuzu çözünür, (silikat anyonları içeren ve OH -) ve bir inorganik membran çökelti oluşur. Ozmotik basınç altında zar şişer, patlamaları, daha sonra yeniden çöker birYeni sıvı arayüzü t. Kristaller Makro ve Mikro ölçekte, karmaşık morfolojiye sahip, dikey olarak yönlendirilmiş, kendi kendini organize çökelti yapı elde çözündürülür kadar bu işlem tekrar eder. Inorganik kimyasal bahçe zarından kimyasal zıt çözümlerin sürekli ayrılması ve zarından yüklü türlerin fark bu yağış süreç sonuçları 12-14 potansiyel bir zar verir. Kimyasal bahçe yapıları dış 13,15-19 kadar iç kısmından kompozisyon degradeler sergileyen karmaşıktır ve iyonlar biraz geçirgen kalırken yapının duvarları uzun süre zıt çözümleri arasındaki mesafeyi korumak. (Onlar sınıf gösteriler yapmak için basit ve kimyasal reaksiyonlar ve kendini organizasyon hakkında öğrencileri gibi) eğitim amaçlı ideal bir deney olmasının yanı sıra, kimyasal bahçeleri kendini assemb temsilleri gibi bilimsel öneme sahiply dinamik far-from-denge sistemlerinde, ilginç ve kullanışlı malzemelerden 20,21 üretimine yol açabilir yöntemleri içeren. Laboratuarda kimyasal bahçeleri de burada bir çökeltme iyonu ihtiva eden çözelti, yavaş yavaş, birlikte-çökeltme iyon (veya iyonları) içeren ikinci bir çözelti içine enjekte edilir, püskürtme yöntemleri ile yetiştirilebilir. Bu sistemin özellikleri ve çökelti daha iyi kontrol edilebilir olması dışında, kristal büyüme deneylerinde benzer kimyasal bahçe yapılarının oluşumu ile sonuçlanır. Enjeksiyon yöntemi çeşitli önemli avantajlara sahiptir. Bu bir çökeltme ya dahil türlerin herhangi bir kombinasyonu kullanılarak kimyasal bir bahçe oluşturmasına olanak veren, yani, birden fazla çökeltme iyonları, bir çözelti içine dahil edilebilir, ve / veya diğer non-çökeltme bileşenler / çökelti ile reaksiyona emmek için çözelti ya içerilebilir . Bir kimyasal üretilir membran potansiyeliBir elektrot, böylece sistemin elektrokimyasal çalışma sağlayan yapının iç kısmına dahil edildiği takdirde, bahçe sistem, bir enjeksiyon deneyde ölçülebilir. Enjeksiyon deneyleri enjeksiyon hızının veya toplam enjekte hacmi değiştirilerek kontrol zaman dilimlerinde kimyasal bahçe içine enjeksiyon solüsyonu besleme olanağı sunmak; farklı çözümler sırayla aracılığıyla yem ve tuzak veya reaktör olarak çöktürülmüş yapısını kullanmak mümkündür. Kombine, bu teknikler okyanus arasında birçok eşzamanlı çökelme reaksiyonları oluşan bir baca da dahil olmak üzere bir denizaltı hidrotermal delik doğal bir kimyasal bahçe sisteminde meydana gelmiş olabilir karmaşık süreçlerin laboratuvar simülasyonları, izin ve (örneğin, üreten metal sülfürler, hidroksitler sıvıyı tahliye ve / veya karbonatlar ve silikatlar) 5,22. Bu teknikler ayrıca yeni tip oluşumuna imkan vermek için herhangi bir kimyasal bir bahçe reaksiyon sistemine uygulanabilirmalzemeler, mesela, adsorbe reaktif türleri 20,23 katmanlı tüpler veya borular. Biz burada detay bir oksijensiz ortamda yapıları ihtiva-eden iki kimyasal bahçeleri, Fe 2+ eşzamanlı büyümesini içeren bir örnek deney. Bu deneyde yapı üzerindeki etkisini incelemek için, ilk enjeksiyon solüsyonu halinde, polifosfatlar ve / veya amino asitlerin eser miktarda dahil. Kimyasal bahçe ilk oluşumu sonra biz sonra ikincil çökeltme anyon olarak sülfür tanıtmak için enjeksiyon çözüm geçti. Membran potansiyelleri Ölçümler Deney boyunca otomatik olarak yapılmıştır. Bu protokol bir kez çift şırınga pompası kullanılarak iki deneyler çalıştırmak açıklamaktadır; veri bu işlemin birden fazla çalışır gerekli gösterilmiştir. Nispeten yüksek akış oranları, deneylerde kullanılan rezervuar ve tepken konsantrasyonlarının düşük pH büyük baca oluşturmak için tasarlanmış zaman sc üzerinde çökeltileriBir günlük laboratuar deneyleri için uygun ales. Bununla birlikte, doğal hidrotermal yaylar sıvı akış hızları çok daha yaygın olabilir ve (erken Dünya sistemi, örneğin, Fe ve S) reaktifler presipite konsantrasyonları düşük büyüklüğü 4 bir düzen olabilir; Böylece, yapılandırılmış çökeltiler uzun zaman çizelgelerine üzerine kuracaktı ve havalandırma onlarca yıl 24,25 binlerce aktif olabilir.

<table><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</td><td>Ferric&amp;nbsp;Chloride&amp;nbsp;Hexahydrate&amp;nbsp;(Lumps/Certified ACS)</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881</td><td>reagent grade, &amp;ge;98%, pellets (anhydrous)</td></tr><tr><td>Sodium sulfide nonahydrate</td><td>Fisher</td><td>S425212</td><td>Sodium Sulfide Nonahydrate (Crystalline/Certified ACS). Store at -20&amp;nbsp;&amp;#176;C. Only open in a glove box or fume hood. Releases toxic H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;S 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>&lt;a href=&quot;http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/322431?lang=en&amp;amp;region=US&quot;&gt;322431&lt;/a&gt;</td><td>97%</td></tr><tr><td>L-Alanine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a7627?lang=en&amp;amp;region=US&quot;&gt;A7627&lt;/a&gt;</td><td></td></tr><tr><td>Syringes (10&amp;nbsp;cc)</td><td>Fisher</td><td>14-823-16E</td><td>BD&amp;trade; Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle)</td></tr><tr><td>Syringe needles (16&amp;nbsp;gauge)</td><td>Fisher</td><td>14-826-18B</td><td>BD&amp;trade; General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 16&amp;nbsp;G x 1.5 in. (38&amp;nbsp;mm)</td></tr><tr><td>Tubing</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-06407-71</td><td>Tygon Lab Tubing, Non-DEHP, 1/16&quot; ID x 1/8&quot; OD</td></tr><tr><td>Aluminum seals</td><td>Fisher</td><td>0337523C</td><td>Thermo Scientific&amp;trade; National&amp;trade; Headspace 20&amp;nbsp;mm Crimp Seals</td></tr><tr><td>Gray butyl stoppers</td><td>Fisher</td><td>0337522AA</td><td>Thermo Scientific&amp;trade; National&amp;trade; 20&amp;nbsp;mm 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. &amp;times; H 51.7 mm &amp;times; 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 &amp;#956;l</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.

Enjeksiyon çözüm rezervuar çözeltisi içine beslemeye başladıktan sonra, bir kimyasal bahçe çökelek sıvı ara yüzeyde oluşmaya başladı ve bu yapının enjeksiyon (Şekil 4-7) boyunca büyümeye devam etti. Burada bildirilen deneylerde, enjeksiyon (L-alanin ve / veya pirofosfat içerecek şekilde modifiye edilebilir) sodyum hidroksit, ve hazır olarak bulundurulan çözelti, bir 1: karışık, sonuçta Fe + 3/2 + Fe 3 karışımı -redox-devlet demir oksihidroksit ç?...

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

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

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

Kimyasal Bahçeleri olarak Reaktörler Taklit Doğal Hidrotermal Sistemler Akış

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

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

Millifluidics for Chemical Synthesis and Time-resolved Mechanistic Studies

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the first, synthesis of ultra-small copper nanoclusters is described. The second example provides their utility for investigating time resolved kinetics of chemical reactions by analyzing gold nanoparticle formation using in situ X-ray absorption spectroscopy. The final example demonstrates continuous flow catalysis of reactions inside millifluidic channel coated with nanostructured catalyst.

Millifluidic devices are utilized for controlled synthesis of nanomaterials, time-resolved analysis of reaction mechanisms and continuous flow catalysis.

Kimyasal Sentez ve Zaman-çözülmesi Mekanistiksel Çalışmaları Millifluidics

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the ...

Biyomühendislik

Continuous Flow Chemistry: Reaction of Diphenyldiazomethane with p-Nitrobenzoic Acid

Continuous flow technology has been identified as instrumental for its environmental and economic advantages leveraging superior mixing, heat transfer and cost savings through the &#34;scaling out&#34; strategy as opposed to the traditional &#34;scaling up&#34;. Herein, we report the reaction of diphenyldiazomethane with p-nitrobenzoic acid in both batch and flow modes. To effectively transfer the reaction from batch to flow mode, it is essential to first conduct the reaction in batch. As a consequence, the reaction of diphenyldiazomethane was first studied in batch as a function of temperature, reaction time, and concentration to obtain kinetic information and process parameters. The glass flow reactor set-up is described and combines two types of reaction modules with &#34;mixing&#34; and &#34;linear&#34; microstructures. Finally, the reaction of diphenyldiazomethane with p-nitrobenzoic acid was successfully conducted in the flow reactor, with up to 95% conversion of the diphenyldiazomethane in 11 min. This proof of concept reaction aims to provide insight for scientists to consider flow technology&#39;s competitiveness, sustainability, and versatility in their research.

Continuous Flow Chemistry: Reaction of Diphenyldiazomethane with p-Nitrobenzoic Acid

Flow chemistry carries environmental and economic advantages by leveraging superior mixing, heat transfer and cost benefits. Herein, we provide a blueprint to transfer chemical processes from batch to flow mode. The reaction of diphenyldiazomethane (DDM) with p-nitrobenzoic acid, conducted in batch and flow, was chosen for proof of concept.

Sürekli akışı kimya: Diphenyldiazomethane p- Nitrobenzoic asit tepki

Continuous flow technology has been identified as instrumental for its environmental and economic advantages leveraging superior mixing, heat transfer and ...

Kimya

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.

Stop-akış mikro-boru reaktörler kullanımı organik dönüşümleri gelişimi için

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

Microalgae Cultivation and Biomass Quantification in a Bench-Scale Photobioreactor with Corrosive Flue Gases

Photobioreactors are illuminated cultivation systems for experiments on phototrophic microorganisms. These systems provide a sterile environment for microalgal cultivation with temperature, pH, and gas composition and flow rate control. At bench-scale, photobioreactors are advantageous to researchers studying microalgal properties, productivity, and growth optimization. At industrial scales, photobioreactors can maintain product purity and improve production efficiency. The video describes the preparation and use of a bench-scale photobioreactor for microalgal cultivation, including the safe use of corrosive gas inputs, and details relevant biomass measurements and biomass productivity calculations. Specifically, the video illustrates microalgal culture storage and preparation for inoculation, photobioreactor assembly and sterilization, biomass concentration measurements, and a logistic model for microalgal biomass productivity with rate calculations including maximum and overall biomass productivities. Additionally, since there is growing interest in experiments to cultivate microalgae using simulated or real waste gas emissions, the video will cover the photobioreactor equipment adaptations necessary to work with corrosive gases and discuss safe sampling in such scenarios.

Bench-scale, axenic cultivation facilitates microalgal characterization and productivity optimization before subsequent process scale-up. Photobioreactors provide the necessary control for reliable and reproducible microalgal experiments and can be adapted to safely cultivate microalgae with the corrosive gases (CO2, SO2, NO2) from municipal or industrial combustion emissions.

Korozif Baca Gazlı Tezgah Ölçekli Fotobiyoreaktörde Mikroalg Ekimi ve Biyokütle Kantifikasyonu

Photobioreactors are illuminated cultivation systems for experiments on phototrophic microorganisms. These systems provide a sterile environment for ...

Çevre

Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas electricity generation. Microalgae can biofix CO2 10 to 15 times faster than plants and convert algal biomass to products of interest, such as biofuels. Thus, this study presents a protocol that demonstrates the potential synergies of microalgae cultivation with a natural gas power plant situated in the southwestern United States in a hot semi-arid climate. State-of-the-art technologies are used to enhance carbon capture and utilization via the green algal species Chlorella sorokiniana, which can be further processed into biofuel. We describe a protocol involving a semi-automated open raceway pond and discuss the results of its performance when it was tested at the Tucson Electric Power plant, in Tucson, Arizona. Flue gas was used as the main carbon source to control pH, and Chlorella sorokiniana was cultivated. An optimized medium was used to grow the algae. The amount of CO2 added to the system as a function of time was closely monitored. Additionally, other physicochemical factors affecting algal growth rate, biomass productivity, and carbon fixation were monitored, including optical density, dissolved oxygen (DO), electroconductivity (EC), and air and pond temperatures. The results indicate that a microalgae yield of up to 0.385 g/L ash-free dry weight is attainable, with a lipid content of 24%. Leveraging synergistic opportunities between CO2 emitters and algal farmers can provide the resources required to increase carbon capture while supporting the sustainable production of algal biofuels and bioproducts.

A protocol is described to utilize the carbon dioxide in natural gas power plant flue gas to cultivate microalgae in open raceway ponds. Flue gas injection is controlled with a pH sensor, and microalgae growth is monitored with real time measurements of optical density.

Mikroalg Yetiştiriciliği için Yarı Otomatik Açık Yuvarlanma Yolu Göletleri ile Bir Enerji Santralinden Karbon Yakalama Birleştirme

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas ...

Simulation of Early Earth Hydrothermal Chimneys in a Thermal Gradient Environment

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the emergence of life. The growth of hydrothermal chimneys in a thermal gradient environment within an early Earth vent system was successfully simulated by using different hydrothermal simulants, such as sodium sulfide, which were injected into an early Earth ocean simulant containing dissolved ferrous iron. Moreover, an apparatus was developed to sufficiently cool the ocean simulant to near 0 &#176;C in a condenser vessel immersed in a cold water bath while injecting a sulfide solution at hot to room temperatures, effectively creating an artificial chimney structure in a temperature gradient environment over a period of a few hours. Such experiments with different chemistries and variable temperature&#160;gradients resulted in a variety of morphologies in the chimney structure. The use of ocean and hydrothermal fluid simulants at room temperature resulted in vertical chimneys, whereas the combination of a hot hydrothermal fluid and cold ocean simulant inhibited the formation of robust chimney structures. The customizable 3D printed condenser created for this study acts as a jacketed reaction vessel that can be easily modified and used by different researchers. It will allow the careful control of injection rate and chemical composition of vent and ocean simulants, which should help accurately simulate prebiotic reactions in chimney systems with thermal gradients similar to those of natural systems.

The goal of this protocol is to form simulated hydrothermal chimneys via chemical garden injection experiments and introduce a thermal gradient across the inorganic precipitate membrane, using a 3D printable condenser that can be reproduced for educational purposes.

Termal Gradyan Ortamında Erken Toprak Hidrotermal Bacalarının Simülasyonu

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the ...

A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past studies have evaluated the performance of the reactor for the removal of COD1 and nitrogen species2-4 by heterotrophic and chemoautotrophic bacteria, respectively. The HDBR design eliminates the requirement for external flocculation/sedimentation processes while still yielding effluent containing low suspended solids. In this study, the HDBR is applied as a photobioreactor (PBR) in order to characterize the nitrogen removal characteristics of an algae-based photosynthetic microbial community. As previously reported for this HDBR design, a stable biomass zone was established with a clear delineation between the biologically active portion of the reactor and the recycling reactor fluid, which resulted in a low suspended solid effluent. The algal community in the HDBR was observed to remove 18.4% of total nitrogen species in the influent. Varying NH4+ and NO3- concentrations in the feed did not have an effect on NH4+ removal (n=44, p=0.993 and n=44, p=0.610 respectively) while NH4+ feed concentration was found to be negatively related with NO3- removal (n=44, p=0.000) and NO3- feed concentration was found to be positively correlated with NO3- removal (n=44, p=0.000). Consistent removal of NH4+, combined with the accumulation of oxidized nitrogen species at high NH4+ fluxes indicates the presence of ammonia- and nitrite-oxidizing bacteria within the microbial community.

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

Çeşitli mikrobiyal Toplulukları Yüksek Yoğunluklu Yetiştirme için Yeni Bir Biyoreaktör

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past ...

Using Flexible Gold-Titanium Reaction Cells to Simulate Pressure-Dependent Microbial Activity in the Context of Subsurface Biomining

Laboratory studies investigating subsurface microbial processes, such as metal leaching in deep ore deposits (biomining), share common and challenging obstacles, including the special environmental conditions that need to be replicated, e.g., high pressure and in some cases acidic solutions. The former requires an experimental setup suitable for pressurization up to 100 bar, while the latter demands a fluid container with high chemical resistance against corrosion and unwanted chemical reactions with the container wall. To meet these conditions for an application in the field of in situ biomining, a special flexible gold-titanium reaction cell inside a rocking high-pressure reactor was used in this study. The described system allowed simulation of in situ biomining through sulfur-driven microbial iron reduction in an anoxic, pressure-controlled, highly chemically inert experimental environment. The flexible gold-titanium reaction cell can accommodate up to 100 mL of sample solution, which can be sampled at any given time point while the system maintains the desired pressure. Experiments can be performed on timescales ranging from hours to months. Assembling the high-pressure reactor system is fairly time consuming. Nevertheless, when complex and challenging (microbiological) processes occurring in the earth&#39;s deep subsurface in chemically aggressive fluids have to be investigated in the laboratory, the advantages of this system outweigh the disadvantages. The results found that even at high pressure the microbial consortium is active, but at significantly lower metabolic rates.

This protocol describes microbial experiments under elevated pressures to study in situ biomining processes. The experimental approach employs a rocking high-pressure reactor equipped with a gold-titanium reaction cell containing a microbial culture in an acidic, iron-rich medium.

Yüzey Altı Biyomining Bağlamında Basınca Bağımlı Mikrobiyal Aktiviteyi Simüle Etmek Için Esnek Altın-Titanyum Reaksiyon Hücrelerinin Kullanılması

Laboratory studies investigating subsurface microbial processes, such as metal leaching in deep ore deposits (biomining), share common and challenging ...

Mühendislik

Window on a Microworld: Simple Microfluidic Systems for Studying Microbial Transport in Porous Media

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in the environment, as well as directly for the transmission of pathogens to drinking water supplies. Natural porous media is composed of an intricate physical topology, varied surface chemistries, dynamic gradients of nutrients and electron acceptors, and a patchy distribution of microbes. These features vary substantially over a length scale of microns, making the results of macro-scale investigations of microbial transport difficult to interpret, and the validation of mechanistic models challenging. Here we demonstrate how simple microfluidic devices can be used to visualize microbial interactions with micro-structured habitats, to identify key processes influencing the observed phenomena, and to systematically validate predictive models. Simple, easy-to-use flow cells were constructed out of the transparent, biocompatible and oxygen-permeable material poly(dimethyl siloxane). Standard methods of photolithography were used to make micro-structured masters, and replica molding was used to cast micro-structured flow cells from the masters. The physical design of the flow cell chamber is adaptable to the experimental requirements: microchannels can vary from simple linear connections to complex topologies with feature sizes as small as 2 &mu;m. Our modular EcoChip flow cell array features dozens of identical chambers and flow control by a gravity-driven flow module. We demonstrate that through use of EcoChip devices, physical structures and pressure heads can be held constant or varied systematically while the influence of surface chemistry, fluid properties, or the characteristics of the microbial population is investigated. Through transport experiments using a non-pathogenic, green fluorescent protein-expressing Vibrio bacterial strain, we illustrate the importance of habitat structure, flow conditions, and inoculums size on fundamental transport phenomena, and with real-time particle-scale observations, demonstrate that microfluidics offer a compelling view of a hidden world.

Microfluidic devices can be used to visualize complex natural processes in real time and at the appropriate physical scales. We have developed a simple microfluidic device that mimics key features of natural porous media for studying growth and transport of bacteria in the subsurface.

Gözenekli Ortam Mikrobiyal Ulaştırma incelenmesi için basit mikroakışkan Sistemleri: Mikrodünya Pencere

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in ...

Biyoloji

A Scalable Balz-Schiemann Reaction Protocol in a Continuous Flow Reactor

The demand for aromatic fluorides is steadily increasing in the pharmaceutical and fine chemical industries. The Balz-Schiemann reaction is a straightforward strategy for preparing aryl fluorides from aryl amines, via the preparation and conversion of diazonium tetrafluoroborate intermediates. However, significant safety risks exist in handling the aryl diazonium salts when scaling up. In order to minimize the hazard, we present a continuous flow protocol that has been successfully performed at a kilogram scale that eliminates the isolation of aryl diazonium salts while facilitating efficient fluorination. The diazotization process was performed at 10 &#176;C with a residence time of 10 min, followed by a fluorination process at 60 &#176;C with a residence time of 5.4 s with about 70% yield. The reaction time has been dramatically reduced by introducing this multi-step continuous flow system.

A detailed scalable continuous flow protocol is presented to synthesize an aryl fluoride from an aryl amine through the Balz-Schiemann reaction.