Løsning af en nanoteknologisk gåde – hvad får guldatomer til at hænge sammen

Guld er specielt, eftertragtet som en investering, værdsat som smykker og med en dekorativ historie, der går tusinder af år tilbage. Udsmykkede forgyldte overflader er blevet fundet i gamle egyptiske grave, hvor guld nanopartikler blev brugt som maling.

Nu har forskere ved UTS løst gåden om, hvad der gør guld til noget særligt i nutidens nye felt af nanoteknologi.

Professor Jeffrey Reimers og lektor Mike Ford, fra skolen for matematiske og fysiske videnskaber, ledet et hold, der forklarede den kemiske bindingsproces, der opstår under væksten af ​​guldnanopartikler.

Deres forskning, offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), baner vejen for anvendelser inden for biomedicinsk billeddannelse, medicinafgivelse og elektronik.

"Hvad gør guld specielt - og, for den sags skyld, hvad der gør svovl til noget særligt – viste sig at være nøglen til at forstå, hvordan nanopartikler vokser, sagde professor Reimers, som er stipendiat ved Australian Academy of Science og 2016-vinderen af ​​David Craig-medaljen for kemisk forskning.

"Guld er unikt, fordi det ikke ruster, korroderer eller pletter, hvilket betyder, at den generelt ikke reagerer med tingene omkring den. Det er derfor, det er kendt som et 'ædelt metal'.

"Elektronerne i guld rejser så hurtigt, at de bliver tunge, en effekt, der er vigtigere for guld end andre atomer … så guld ser ud som et metal, men med en mærkelig farve og mange flere egenskaber som dem af ikke-metaller såsom svovl."

At udvikle nanopartikler til ikke-invasive og målrettede behandlinger af sygdomme som kræft er en vedvarende udfordring for videnskabsmænd. Nøglen ligger i at kontrollere størrelsen og formen af ​​guld nanopartikler, og få dem til at opføre sig på bestemte måder.

Ved at identificere betydningen af ​​den "lim", der binder overfladen af ​​guldnanopartiklerne for at holde potentielt ødelæggende kemikalier uden for rækkevidde, Professor Reimers og lektor Ford, med samarbejdspartnere fra Danmarks Tekniske Universitet og University of Sydney, har fundet nøglen, der er afgørende for at tilpasse nanopartiklernes egenskaber.

Guld og svovl kan reagere sammen og danne stærke kovalente bindinger (en kemisk binding, hvor elektronpar er delt mellem atomer) i forbindelser kendt som Au(I)-thiolater.

Professor Reimers sagde, at kemikere i 30 år har troet, at dette er grunden til, at svovllim klæber til og beskytter guld-nanopartikler.

"Imidlertid, vores forskning viser, at det er en kraft kendt som van der Walls-kraften - en form for tiltrækning mellem molekyler af kvantemekanisk oprindelse - der er ansvarlig for at binde svovl til guldmetal og nanopartikler.

"Indtil man rigtigt og korrekt forstår bindingen, man kan ikke korrekt beskrive kemien."

Professor Reimers sagde, at vejen nu var åben for folk til at designe eksperimenter, der virkelig fortæller, hvordan nanopartiklerne vokser.

"Man kan kun forestille sig, at givet denne viden, ting kan laves i fremtiden, som man aldrig tidligere har drømt om.

"Det, vi har nu, er bedre værktøjer til at forstå, hvordan man gør disse ting, som vil bane vejen for, at forskere kan opfinde nye generationer af guld nanoteknologier."