Guld är speciellt, eftertraktade som en investering, prisade som smycken och med en dekorativ historia som går tillbaka tusentals år. Utsmyckade förgyllda ytor har hittats i forntida egyptiska gravar, där guldnanopartiklar användes som färger.

Nu har forskare vid UTS löst gåtan om vad som gör guld speciellt inom dagens framväxande nanoteknikområde.

Professor Jeffrey Reimers och docent Mike Ford, från matematiska och fysikaliska skolan, ledde ett team som förklarade den kemiska bindningsprocessen som sker under tillväxten av guldnanopartiklar.

Deras forskning, publicerades denna vecka i tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ), banar väg för tillämpningar inom biomedicinsk bildbehandling, läkemedelsleverans och elektronik.

"Vad gör guld speciellt – och, för den delen, vad som gör svavel speciellt – visade sig vara nyckeln till att förstå hur nanopartiklar växer, "sade professor Reimers, som är stipendiat vid Australian Academy of Science och 2016 års vinnare av dess David Craig-medalj för kemisk forskning.

"Guld är unikt eftersom det inte rostar, korroderar eller försämras, vilket innebär att den i allmänhet inte reagerar med sakerna runt omkring den. Det är därför det är känt som en "ädel metall".

"Elektronerna i guld reser så snabbt att de blir tunga, en effekt som är viktigare för guld än andra atomer … så guld ser ut som en metall, men med en konstig färg och många fler egenskaper som de hos icke-metaller som svavel."

Att utveckla nanopartiklar till icke-invasiva och riktade behandlingar för sjukdomar som cancer är en pågående utmaning för forskare. Nyckeln ligger i att kontrollera storleken och formen på guldnanopartiklar, och få dem att bete sig på vissa sätt.

Genom att identifiera betydelsen av "limet" som binder ytan på guldnanopartiklarna för att hålla potentiellt destruktiva kemikalier utanför intervallet, Professor Reimers och docent Ford, med medarbetare från Danmarks Tekniska Universitet och University of Sydney, har hittat nyckeln som är avgörande för att anpassa egenskaperna hos nanopartiklar.

Guld och svavel kan reagera tillsammans för att bilda starka kovalenta bindningar (en kemisk bindning där elektronpar delas mellan atomer) i föreningar som kallas Au(I)-tiolater.

Professor Reimers sa att kemister i 30 år har trott att detta är anledningen till att svavellim fäster vid och skyddar guldnanopartiklar.

"Dock, vår forskning visar att det är en kraft som kallas van der Walls -kraften - en typ av attraktion mellan molekyler av kvantmekaniskt ursprung - som är ansvarig för att binda svavel till guldmetall och nanopartiklar.

"Tills man korrekt och korrekt förstår bindningen, man kan inte korrekt beskriva kemin."

Professor Reimers sa att vägen nu var öppen för människor att designa experiment som verkligen berättar hur nanopartiklarna växer.

"Man kan bara föreställa sig att med denna kunskap, saker kan göras i framtiden som man aldrig har drömt om tidigare.

"Det vi har nu är bättre verktyg för att förstå hur man gör dessa saker, som kommer att bana väg för forskare att uppfinna nya generationer av guldnanoteknik."