Peng Zhang är upphetsad över guld, och det borde du också vara. Särskilt, han är upphetsad över nanogold, strukturer av en handfull atomer som bara mäter några få nanometer i diameter. Zhang, en forskare vid Dalhousie University, och kanadensisk synkrotronanvändare för ljuskällor, har en unik förståelse för de potentiella nanogolds som finns inom biomedicin och därefter.

För en sak, guld är i huvudsak giftfritt. Till skillnad från andra metaller, människor kan och äter det på choklad, och som Zhang påpekar, "Du kan till och med dricka guld, och du kan till och med hitta vissa alkoholer med guld i. "

Det är också otroligt stabilt. Det rostar inte, eftersom dess oxiderade eller rostade form är mindre stabil än oförfalskat guld. Förfallna brofogar och den gröna Lady Liberty talar om hur sällsynt en stabil metall är.

Att kombinera dessa två egenskaper inom biomedicin innebär att du kan använda guld utan att oroa dig för att behandlingen förlorar sin effektivitet eller skadar patienten.

Zhangs team tror att nanogold kan passa bra som katalysator, något som påskyndar andra reaktioner utan att bli van. På grund av den extremt små storleken på nanogolds, de befanns nyligen vara effektiva katalysatorer för omvandling av giftiga gaser till icke -toxiska.

Plus, nanogolds otroliga stabilitet ger den en fördel jämfört med andra metallbaserade katalysatorer, som tenderar att ha kortare livslängd.

För att utnyttja nanogoldens potential, forskare måste förstå sin struktur och sitt beteende, som på många sätt skiljer sig helt från de typiska guldbitarna.

Vilket ger ett annat sätt på vilket guld är unikt:du kan inte använda samma tekniker som du skulle för att studera det som andra vanliga element som kol eller kväve. Istället, forskare förlitar sig på röntgenbaserad spektroskopi, specifikt XAS (röntgenabsorptionsspektroskopi) och XPS (röntgenfotoelektronspektroskopi), tillgängliga tekniker på flera CLS -strålar och dess partnerstrålar i USA

Zhang har använt CLS för sin forskning sedan han själv var student, under grundande CLS -forskaren TK Sham. Sedan dess, anläggningen har blivit en go-to för honom både för de relationer han har byggt och förträffligheten av dess tillgängliga tekniker.

"När vi behöver röntgenstrålar med låg energi kommer vi alltid till CLS. Den kanadensiska synkrotronen är särskilt bra i röntgentekniker med låg energi, "Förklarade Zhang.

Med hjälp av dessa synkrotrontekniker, Zhangs forskargrupp kan fint modellera nanoklusternas elektroniska struktur, noterar variationer i struktur och egenskaper hos klustren som orsakas av skift av en eller två atomer.

Att sådana små variationer faktiskt orsakade förändringar i guldets elektroniska beteende var något av en överraskning. För en sak, forskare har först nyligen kunnat producera guldnanokluster med specifikt antal atomer, gör specifika observationer upprörande svåra att komma fram till.

För en annan, de flesta nanotekniska applikationer skulle behandla variationer av ett par atomer i ett kluster som en försumbar varians.

Inte så för guldkluster med några tiotals atomer. Ett kluster med 36 guldatomer har en helt annan struktur än ett kluster med 38 atomer, med mycket olika elektrontätheter, vilket gör var och en lämplig för olika typer av katalytiska reaktioner.

"Det var en mycket stor överraskning för oss, och det är användbart, för om du skräddarsyr kompositionen, du kan mycket effektivt styra fastigheterna, "Sa Zhang.

Endast genom att utnyttja nya tekniker för att producera otroligt enhetliga prover av enstaka guldkluster och observera deras individuella egenskaper och strukturer kunde Zhangs laboratorium börja katalogisera olika egenskaper hos detta nanounder. I detta avseende, Zhangs medarbetare, såsom Rongchao Jin från Carnegie Mellon University, kan uppnå högre än 99% renhet för guldklustren.

När teamet fortsätter att utforska hur de kan skräddarsy och förfina guldnanostrukturer, de undersöker också sätt att utnyttja andra ädelmetaller i kombination med guld. Silver och platina, både värdefulla metaller och med intressant medicinsk och katalytisk potential i sig, kunde avslöja ny potential med hjälp av de analytiska tekniker som Zhangs team använde.

Nästa upp, Zhang planerar att undersöka guld- och metallkompositer, för att förstå hur dessa strukturer fungerar. Teamet fortsätter också att undersöka potentiella biomedicinska tillämpningar för deras arbete, i samarbete med biomedicinska forskare från Dalhousie University och Halifax Infirmary Hospital.