貴金属ナノ粒子合成の先進的アプローチ

概要

貴金属は数世紀にわたり人類の歴史において不可欠な役割を果たしてきましたが、ナノテクノロジーと材料科学の最近の進歩と融合することで、学術と産業の両面で新たな研究機会が生まれ、医療応用を含む多様な先進的応用が実現しました。貴金属ナノ粒子（NMNPs）は、個別化医療と診断における重要性から、過去数十年にわたり生物医学分野で極めて重要な位置を占めています。特に白金、金、銀ナノ粒子は、抗菌・抗ウイルス剤、診断薬、薬物キャリア、イメージングプローブなどの医療応用を含む多様な産業用途により、最も優勢な地位を確立しています。特に、極端な腐食・酸化条件に対する優れた耐性が高く評価されています。過去20年間で、よりコスト効率が良く堅牢なNMNP合成法の開発において著しい進歩があり、物理化学的、光学的、熱的特性、生化学的機能を高度に制御可能な材料が提供されるようになりました。その結果、ポリマー、グラフェン、カーボンナノチューブ、量子ドット、コア-シェルシステムとの新しい先進的ハイブリッドNMNPsが開発され、さらに強化された物理化学的特性を示し、優れた診断・治療応用につながっています。本レビューでは、NMNPs（Au、Ag、Pt）の合成における現在の進歩を要約することを目的としています。

はじめに

貴金属の利用は古代エジプト文明まで遡り、常に権力と富の象徴と見なされてきました。その結果、高価な美術品、硬貨、宝石などの形で歴史に登場します[1]。これらの金属は一般に地殻での存在量が少ないため、他の金属よりも高価です[2, 3]。堅牢な性質、極端な腐食・酸化条件への耐性により、航空宇宙、自動車、化学、エネルギー、電気・電子産業、そして何より医療（手術器具からイメージング用造影剤まで）で広く使用されてきました[4, 5]。

過去20年間、ナノテクノロジーは最も有望な未来技術であることが証明され、無限の可能性を提供しています。学術と産業の多方面からの支援により、最も急速に拡大する分野となり、高い成果が期待されています[6,7,8]。現在、ナノスケールでの金属合成と制御の技術的飛躍により、個別化医療、診断、治療における研究機会が大きく広がりました[9,10,11]。金属ナノ粒子（MNPs）は、バルク金属と比較して印象的な物理化学的特性と大きな表面積対体積比を持つため、最も広く研究されています。医療応用では、NMNPsは過酷な環境への耐性から自然な選択肢となりました。高感度診断アッセイ、放射線治療における熱アブレーション増強剤、薬物・遺伝子送達ベヒクルとして応用されています[3, 12, 13]。

ナノテクノロジーと材料科学の最近の融合により、個々の構成要素と比較して熱的、触媒的、電気的、光学的、機械的特性が大幅に向上した新しいナノコンポジット材料が開発されました。特にNMNPsで構成されるコンポジットは、ナノスケール構成要素を修飾する上で重要な役割を果たす印象的な物理化学的特性により、触媒（主に電気触媒）、光学、ナノ医療、環境保護における幅広い応用が期待され、大きな研究関心を集めています[14,15,16,17]。コロイド状態の貴金属は、治療と診断における有効性から集中的な研究の対象となっています[2, 18]。同様に、グラフェン酸化物・還元グラフェン酸化物[14, 19, 20]、量子ドット[21,22,23]、カーボンナノチューブ[24,25,26]などの材料合成の改良が、NMNCs形成のより実現可能で効果的な方法に貢献しています。

AuとPtNPs、NMNPsの小さなサイズ、大きな表面積対体積比、高い電子移動プロセスを助ける能力により、これらは電気化学センサーの理想的な候補となります[27,28,29]。NMNPsの光学的特性は多くの研究の主題となっており、特にAgとAuNPsが注目されています。これらのNPsは異なる波長の光に異なる応答を示し（Auでは可視領域から近赤外領域への広範な散乱）、表面増強ラマン分光法（SERS）、局在表面プラズモン共鳴、その他の共鳴散乱分光法における信号増強剤として応用されています[30,31,32,33]。AuNPsの広範に調整可能な光学的特性と生体適合性により、腫瘍の光熱療法と生体内イメージング（光音響イメージング）に応用されています[34,35,36]。最近、AgNPsも光熱療法での可能性を示し、一般にAgコア-シェルシステムやコンポジット（還元グラフェン酸化物/カーボンナノチューブとの複合）として応用されています[37,38,39]。NMNPsの細胞・組織との生体適合性は、診断における幅広い適用性を開きました[14]。NMNPsとNMNCs（特にグラフェン）のバイオセンサーは、既存の生体分子診断法よりも優れた精度と特異性の向上に重要な役割を果たしてきました[40, 41]。一般にAuとPtNPsは、生体分子への吸着能力と優れた導電性・安定性から、新規バイオセンサーとプローブの開発に採用されています[42,43,44,45]。その結果、NMNPs自体またはNMNCsの形で、免疫センサー[46]、検出用生体分子[47]、ナノプローブ（生体内細胞イメージング、トラッキング、疾患進行の病因研究）[2, 6, 48]として応用されています。これらすべての利点にもかかわらず、NMNPsとNMNCsの人体内での安全性プロファイルについては、依然として多くの疑問と議論があります[49,50,51]。

本レビューでは、NMNPs（Ag、Au、Pt）とNMNCs（Ag、Au、Ptを含む）の合成方法論、およびそれらの医療応用における現在の発展（治療薬と診断薬として）、NMNCsがNMNPsと示す相乗効果による性能向上（現在の材料研究におけるホットトピック）について概説します。

NMNPs合成の現在のトレンド

NMNPsの合成方法

ナノ粒子の調製は基本的に2つの異なるアプローチ、すなわち（1）トップダウン（破壊的方法）と（2）ボトムアップ（構築的方法）に従います（図1）。

ナノ粒子合成におけるトップダウン（緑背景の画像）とボトムアップ（薄黄色背景の画像）アプローチの模式図。[52,53,54,55,56,57,58,59,60]から改変・再描画

トップダウンプロセスは、様々な物理的・化学的方法を用いてバルク材料をナノ寸法のより小さな粒子に破砕するものです。一方、ボトムアップアプローチでは、原子、分子、クラスタの自己組織化によってNPsが生成されます。トップダウンアプローチは、材料を所望の秩序と形状に切断、研削、成形する外部制御プロセスを含みます。熱分解[61, 62]、ナノリソグラフィ[63, 64]、熱分解[65]、放射線誘起法[66,67,68]などの物理的手法がこのカテゴリに属します。しかし、このアプローチには重大な制限があり、生成されるMNPsの不完全な表面構造が物理的・化学的特性に大きく影響します[1]。さらに、合成工程中の高圧・高温条件の維持に莫大なエネルギーを要し、プロセスが高コストになります。

ボトムアップ法では、化学的および生物学的手順を用いて、対応する原子、クラスタ、分子からNPsが組み立てられます。ボトムアップアプローチは、最終生成物の形成をより良く制御でき、より均一なサイズ、形状（物理パラメータ）、化学組成を提供することが判明しています。さらに、このアプローチは一般的に低コストです。ボトムアップアプローチは一般的にウェットケミカル合成手順であり、化学的[69, 70]、電気化学的[71,72,73]、超音波化学的[74, 75]、グリーン合成[76, 77]などがあります。ボトムアップアプローチでは、合成粒子を反応混合物（有毒化学物質、有機溶媒、試薬）から精製することが主要な課題であり、グリーン合成法を除いて医療応用に疑問を投げかけています。

トップダウンアプローチ

スパッタリング

スパッタリングは最も一般的に使用される合成プロトコルの一つで、基板上のイオン衝突によって生成される薄層としてNPsを堆積させ、その後アニーリングを行います。この方法は物理気相成長（PVD）法とも呼ばれます[78, 79]。この方法の効率は主に層厚、基板タイプ、アニーリング時間と温度などの要因に依存し、これらはNPsのサイズと形状に直接影響します[55, 80, 81]。

マイクロパターニング

バイオセンサー、マイクロアレイ、組織工学、細胞研究で用いられる一般的な技術であるマイクロパターニング[82]は、MNPsの合成にも使用されます。一般的にこの技術は印刷プロセスに相当し、材料を光ビームや電子ビームで所望の形状とサイズに切断・成形し、適切な前駆体からナノ構造アレイを合成します。これは低温・非真空法で、MNPインクのレーザー焼結を用いたフォトリソグラフィでMNPsを合成します[83, 84]。フォトリソグラフィの他にも、走査、ソフトナノインプリント、コロイド、ナノスフィア、電子ビームリソグラフィなど、多数のリソグラフィ技術が開発されています[2, 57, 85, 86]。

ミリング

ミリングは一般的にトップダウンプロセスの代表格とされ、バルク材料を直接マイクロ/ナノ構造に破砕することを含みます。機械的ミリングでは、ローラー/ボールの運動エネルギーがバルク材料に移転し、粒径の減少をもたらします[87]。ミルの種類、ミリング雰囲気、ミリング媒体、強度、時間、温度などのパラメータが、NPsの形状とサイズの制御に重要な役割を果たします[88, 89]。これらの制約を克服するため、シェーカーミル、タンブラーミル、振動ミル、アトリションミル、プラネタリーミルなどの様々な技術が開発されています。

レーザーアブレーション

レーザーアブレーションは、高速処理時間、粒子サイズと形状のより良い制御、優れた長期安定性を持つ高収率を提供するため、従来の化学的方法の適切な代替と見なされています[78, 90,91,92]。レーザーアブレーションプロセスでは、固体表面（一般に純金属板）をレーザービームで照射し、低フラックスプラズマプルームを生成し、最終的に蒸発または昇華させてNPsを形成します[93]。より高いフラックスでは、材料はプラズマに変換されます。過剰試薬の除去が不要であり、水系および有機溶媒の両方で金属ナノ粒子合成が可能なことから、MNPsと生体分子のインサイチュウ共役など、標準技術よりも効果的であることが証明されている医療応用へのレーザーアブレーション法の実装が可能になりました[54, 94, 95]。

熱分解

熱分解は、MNP合成のために他の物理的方法と単独または組み合わせて使用されるもう一つの重要な技術です[78]。これは熱を用いて化合物の化学結合を切断する吸熱化学分解プロセスであり、前駆体の分解を引き起こし、NPsと灰の形をした他の副産物を生成する化学反応を強制します。得られた固体灰のさらなる処理によりNPsが回収されます。熱分解は貴金属MNPsの調製に頻繁に使用されます[56, 96, 97]。過剰なエネルギー消費はこの方法の最も重要な欠点の一つです。

化学気相成長

この方法は真空成長法としても知られ、気相反応物が他のガス分子と組み合わせて基板を過熱促進しながら薄膜として基板上に堆積します。反応中、基板は混合ガスと接触し、イオンの還元が起こります[78]。この反応の生成物は通常フィルムの形をしており、NPsを剥ぎ取る必要があります。この方法は高純度、均一、非多孔性ナノ粒子を生成するため、エレクトロニクスと半導体産業で極めて重要になっています。これらの大きな利点にもかかわらず、フィルム作成のための特殊装置と反応用チャンバーが必要であり、この反応の気体副産物が極めて有毒であるという重大な欠点があります[98]。

ボトムアップアプローチ

溶液中での金属イオン還元

このアプローチは、安定化剤の存在下で好ましい反応パラメータ（pH、温度など）のもと、様々な化学還元剤を用いてイオン性塩から金属イオンを還元するものです。この手順は、その単純さからすべてのボトムアップアプローチの中で最も一般的で信頼性の高い方法です[2, 99]。このプロセスには、クエン酸ナトリウム[10, 100]、タンニン酸[99]、ホウ素水素化ナトリウム[101]、ヒドラジン、水素、水素化リチウムアルミニウム、アルコール[2, 60]など、多数の還元剤が利用可能です。同様に、安定化剤にも多くの選択肢があり、一般的に（1）低分子量（クエン酸、SDS、キトサンなど）と（2）高分子量（デンプン、ツイーン、PVP、PEG、DISPERBYKなど）の2カテゴリに分類されます。低分子量安定化剤（一般に帯電洗剤）は合成粒子の表面電荷を変化させ、粒子間の斥力を維持して凝集を防ぐ傾向がありますが、環境ストレス因子（特に保存温度変化と光曝露）に対して十分な保護はできません。高分子量安定化剤は一般的に粒子を包み込み、環境ストレスから保護します。これらは低分子量安定化剤よりも効率的であることが示されています。それらの利点にもかかわらず、粒子上の厚い安定化剤層が溶解を妨げるため、生物学的応用と触媒特性は疑問視されています[102, 103]。粒子サイズと形状の均一性という点では、化学還元法が明確な勝者です。これは反応パラメータ（pHと還元剤と安定化剤の比率）を変更することで還元を容易に制御できるためです。Tyagiら[104]は、室温、pH3、クエン酸とAuCl₃のモル比2:1と5:1でクエン酸還元法を用いてAuNPsを生成し、それぞれ平均サイズ28nmと25nmの粒子を得ました。このpHでは他のpH値よりも反応がはるかに速かったです。また、クエン酸とAuCl₃のモル比2:1でpH3〜6の範囲では、プリズム、ロッド、球など異なる形状のAuNPsが形成されることも示しました。別の研究ではAgnihotriら[105]が同様のクエン酸還元法でAgNPsを合成し、クエン酸ナトリウム最高濃度（4.28 × 10^–3 mol dm⁻³）で平均サイズ5nmの粒子を得ました。クエン酸濃度が高くなるとサイズが増加し（1.77 × 10⁻² mol dm⁻³で100nm）、Houら[106]は電気触媒応用向けの高安定・単分散Ptナノ粒子ヒドロゾルの合成を報告しています。

マイクロエマルション

マイクロエマルションベースの金属NPs製造は大きな関心を集めるトピックとなり、合成ナノ粒子のサイズや形状などの物理的側面をより良く制御できる効果的な方法として浮上しています。一般的にマイクロエマルションは、界面活性剤の存在下で2つの不混和性液体の混合物です。これらの系は超低界面張力、大きな界面積、熱力学的安定性を持ちます[107]。Muñoz-Floresらのチーム[58, 108, 109]が白金、パラジウム、ロジウムNPsを合成したのが、NMNPsの最初のマイクロエマルションベース合成です。マイクロエマルションベースNPs合成では、イオン性塩を含むマイクロエマルションと、両親媒性環境で生成された還元剤を含むマイクロエマルションの2つを別々に調製します。エマルション同士の衝突により反応物が混合し、塩からイオンが中性原子に還元され、ナノ粒子が形成されます[2]。水中油系が一般的に金属ナノ粒子合成に用いられ、この方法で生成されるナノ粒子はエマルションの形で得られるため、一般的に熱力学的に安定です。必要に応じて、界面活性剤と油の比率を変えることで特定タイプのナノ粒子合成に調整可能であり、粒子のサイズと形状の制御を可能にします[110]。

電気化学的方法

電気化学プロセスはNMNPsとナノコンポジットの合成に一般的に用いられ、これらは主に触媒特性のために使用され、最近ではバイオセンサーとして医療応用されています[111]。電気化学的方法は1994年にReetzとHelbigによって導入され、電気化学セルの陽極から純金属シートを溶解させ、電解質存在下で陰極に金属塩を堆積させてナノ粒子を生成しました[2, 112]。この方法の効果は、還元剤の性質、金属と安定化剤の純度、電解質の選択、濃度比、温度など様々なパラメータに依存し、これらはNPsの物理パラメータに直接影響します[53]。現在、NPsの合成よりもナノコンポジット（特にグラフェンを含むもの）の合成に電気化学的方法が好まれています[113]。

放射線誘起合成法

この方法は、金属ナノ粒子合成のためにイオン化放射線（特にガンマ線、X線、UV光を含む）を使用します。従来のNP合成法と比較して高効率であることが証明されており、副生成物フリーの高純度金属ナノ粒子が完全に還元された状態で得られます。このトピックはいくつかのレビューで詳しく扱われています[59, 66, 114, 115]。このプロセスでは、還元剤と安定化剤の水溶液を放射線照射による放射線分解に曝露し、NPsの形成を導きます。放射線曝露中、水分子が分解し、強力な酸化剤または還元剤として作用する過渡生成物を生成し、金属イオンを中性金属原子に還元し、さらに核生成してNPsを形成します。シンクロトロンX線技術により、コロイドNPsの成長軌道をリアルタイムで監視することが可能になりました[116]。NP合成の重要な物理パラメータには、放射線量、系のpH、合成に使用される溶媒の種類が含まれます[117]。最近、放射線誘起合成はTween 80安定化AgNPsの抗菌用途向け生産に使用されました[118]。

マイクロ波誘起グリーン合成法

一般にマイクロ波支援合成はワンポット合成としても知られ、塩と界面活性剤溶液からNPsを合成します。これは合成NPsの形態制御をサポートする高信頼性、高速、簡便な方法です[2]。この方法は双極子相互作用（分子がマイクロ波の振動電場とステップを合わせて整列・振動し、それらの衝突と摩擦が熱を生成）とイオン伝導（電場が急速に変化する場に分子が向きを合わせようとしてイオン運動を生成し、瞬間的な過熱を引き起こす）の原理で働き、金属イオンをNPsに還元する加熱効果を生み出します[119, 120]。マイクロ波照射時間と反応物濃度が主にNPsの形態パラメータを決定します。最近、マイクロ波支援合成で調製された超常磁性磁鉄鉱NPsの単分散性と粒径などの物理的特性が、合成の異なる段階でのフミン酸ポリアニオン注入によって制御されました[121]。マイクロ波誘起電気放電は、溶媒や界面活性剤なしで金属粒子からCu、Ni、Znナノ粒子の合成にも使用されました[122]。

グリーン合成法

化学合成における化学物質の過剰使用は、NMNPsの生物学的応用の将来をほぼ危うくしました。これにより、化学物質の使用を最小限に抑えた生態学的方法の探索が進みました。植物抽出物、微生物、生体高分子を用いるグリーン合成法が、NP合成の化学的方法に代わる有力な候補であることが証明されています（図2）[123]。よりシンプルでグリーンな方法論のおかげで、過去20年間で出版物が指数関数的に増加しています[52, 124, 125]。

グリーン合成法の模式図

バイオシステムによるNMNPs合成

経済的かつ環境に優しい方法の開発への探求が、微生物をナノ粒子合成の潜在的候補として探索するきっかけとなりました[126, 127]。生物学的システムは原子と分子の階層的組織化の優れた例であり、研究者たちを微生物をナノ材料調製の潜在的な細胞工場として利用する方向に導きました。原核生物（細菌）と真核生物（藻類、菌類、植物）の両方がNPsのグリーン合成に使用されています[123]。

細菌ベースのナノ粒子合成

金属豊富な環境に繰り返し曝露された細菌は、しばしばこれらの極端な条件への耐性を獲得します[128]。したがって、原核生物はナノ材料生成の自然な選択肢となりました。銀鉱山から分離された金属蓄積細菌Pseudomonas stutzeri AG259は、Klausら[129]によって最大200nmサイズの細胞内金属銀ナノ結晶の作成に利用されました。NPsの細胞外合成はShahverdiら[130]によって初めて報告され、AgNPsがグラム陰性菌（Enterobacter cloacae、Escherichia coli、Klebsiella pneumonia）の様々な培養上清液を通じて水中Ag⁺イオンの還元によって生成されました。合成速度は細胞内合成よりもはるかに速く、Ag⁺イオンが細胞濾過液と接触してから5分以内にAgNPs合成が完了しました。微生物（Bacillus licheniformisとBacillus clausii）が産生する細胞外レダクターゼ酵素が銀イオンを中性銀に還元し、ナノサイズ粒子を生成します。これらの微生物のタンパク質アッセイにより、NADH依存性レダクターゼ酵素が銀イオンの銀ナノ粒子への生物還元に重要な役割を果たすことが明らかになりました。レダクターゼ酵素はNADHのNAD⁺への酸化から電子を得ます。酸化時に酵素も同時に酸化され、銀イオンがAgNPsに還元されます。場合によっては硝酸依存性レダクターゼも生物還元に関与することが観察されています[131,132,133]。さらに、A. calcoaceticus、B. amyloliquefaciens、B. flexus、B. megaterium、S. aureusなど複数の細菌株（グラム陰性・陽性両方）がAgNPsの細胞外・細胞内生合成の両方に使用されています[123]。同様に、AuNPsとPtNPsも細菌による金塩と白金塩の蓄積と還元によって調製されます。B. licheniformis、B. megaterium、Delftia sp KCM-006、Shewanella sp、Stenotrophomonas maltophilia、Lactobacillus spなどが金ナノ材料生成に使用された細菌の例です[134, 135]。さらに、Shewanella spとAcinetobacter calcoaceticus PUCM 1011がPtNPs調製に利用されました[136, 137]。細菌媒介合成はグリーンな性質と粒子形状・サイズの制御（主に細胞外合成において）で有望ですが、取り扱いの難しさと低収率という欠点があります。

菌類ベースの合成

近年、真核微生物によるNMNP合成が、高い細胞内金属取り込み能力、異なる化学組成のNPs合成能力、単位バイオマスあたりの大量酵素生産能力、実験室規模での容易なバイオマス取り扱いにより、原核生物より優れた代替手段として浮上しています[131]。

一般的に菌類は、金属生物蓄積能力、耐性、高い結合能力、細菌と同様の細胞内取り込み能力により、金属NPsを合成する潜在能力を持っています[127]。菌類は細胞内・細胞外両方の方法でNPsを合成しますが、大量の細胞外酵素を生産してAg⁺イオンをナノスケール銀粒子に変換する能力があるため、細胞外合成が最も一般的に報告されています[138,139,140]。細胞内合成では、Ag⁺イオンが酵素中の負電荷カルボキシル基とAg⁺イオンの正電荷との静電相互作用により細胞表面に吸着されます。Ag⁺イオンは後に細胞壁に存在する酵素によって還元されAgNPsを形成しますが、このプロセスではNPsは溶液中ではなく菌糸表面に形成されます。2001年、Verticillium spを用いたAuNPsの細胞内調製がMukherjeeら[141]によって初めて報告され、テトラクロロアウレートからのAu³⁺イオンが菌類細胞内で還元され、20nmサイズ範囲の粒子が形成されました。Vahabiら[142]はTrichoderma reeseiをAgNPs合成に用い、バイオマス含有培地にAgNO₃を接種し72時間培養することで、5〜50nmサイズ範囲のAgNPsが形成されました。同様にVigneshwaranら[138]のチームはAspergillus flavusからのAgNPs細胞内合成を実証し、細胞壁の酵素が主に還元を担い、タンパク質が安定化を担うことを報告しました。これらの利点（より速い合成、合成粒子のサイズと形状のより良い制御）にもかかわらず、細胞内プロセスは生成物回収の面から大きな欠点を持ち、NPsが細胞に結合するためプロセスが困難かつ高コストになります。その結果、細胞外合成が好まれます。細胞外合成では、細胞フリー培養液/懸濁液が合成プロセスに使用され、より環境に優しくコスト効率の良いものとなります。2016年、Balakumaranら[143]のチームはAspergillus terreusの細胞フリー懸濁液を用いてAuとAgNPsの両方を合成し、それぞれAgとAuNPsで8〜20nmと10〜50nmの球状ナノ粒子が得られました。粒子のFTIR評価によりタンパク質のNPsとの結合が確認されました。

藻類ベースの合成

藻類媒介NPs合成は4つの異なる方法を利用します：（1）与えられた成長期に培地から遠心分離で全藻類細胞を回収し、直接金属塩水溶液に分散；（2）新鮮収穫または凍結乾燥細胞から作製した細胞フリー水抽出物；（3）粉砕した新鮮または乾燥藻類の水抽出濾液または上清液；（4）藻類培養液の水濾液。抽出物媒介合成が最も一般的に報告される藻類ベース合成メカニズムです[131, 144]。乾燥細胞懸濁液Chlorella vulgarisによる元素金のAuNPs（9〜20nm）形態での蓄積がHoseaらによって観察され、時間とともに金濃度が増加することが報告され、四塩化金酸から金イオンを取り込み還元する藻類細胞の能力が証明されました[145]。Velgosovaら[146]は緑藻Parachlorella kessleri水抽出物から高安定AgNPsの合成を報告し、合成粒子は約20nmサイズで1年以上の優れた安定性を示しました。Pithophora oedogonia、Sargassum wightii、Plectonema boryanumなどの他の藻類種も、それぞれAg、Au、PtNPsの構築に成功裏に使用されています[147,148,149]。

植物ベースの合成

植物・植物抽出物媒介合成が最も一般的に報告される合成方法論です[123, 135, 150]。このタイプの合成は植物合成（phytosynthesis）と呼ばれます。この合成法の主な利点は生成物回収が容易なことです。2003年、Gardea-Torresdeyらのチームが、アガー培地でアルファルファスプラウト（Medicago sativa）を用いた生きた植物システムによる金属ナノ粒子（AgNPs）合成を初めて実証しました。根は培地からAgを吸収し、同じ酸化状態で茎に輸送し、茎でAg原子がさらに配列してAgNPsを形成します。同様に別の研究ではアルファルファ植物分泌物を用いてAu⁺をAu⁰に還元し、同様の手順でAuNPsを生成しました[151]。植物抽出物媒介合成では、植物成分（葉、茎、根、芽、花、樹皮、種子）抽出物をNPs合成に使用し、主な利点は抽出物が還元剤と安定化剤の両方として機能できることです[152]。この方法は長期安定性を持つナノ粒子を生成する最もコスト効率が良くユーザーフレンドリーな方法であることが証明されています。2016年、BalashanmugamらのチームはCassia roxburghii水抽出液からAgNPsの植物合成を実証し、合成AgNPsは約35nmサイズで1年以上の優れた安定性を示しました。この方法は単一金属と二元金属粒子の両方の合成も容易にします。Neem（Azadirachta indica）葉抽出物はShankarら[153]によって銀、金、二元Au/Agコア-シェルNPsの調製に成功裏に使用されました。同様の植物抽出物（樹皮、葉、果実、ガム）が複数の研究者たちによって様々なNMNPs生成に使用されています[153,154,155]。現在、光誘起ナノ粒子が注目を集めており、この手順では混合物を日光に曝露することでより速い合成が促進されます。Kumarら[156]はErigeron Bonariensis水抽出液を用いて銀ナノ粒子を合成し、球形と楕円形のAgNPsが得られ、サイズ範囲は13nm（TEMサイズ）でした。この合成で考慮すべき重要なパラメータは光曝露時間と反応系内の植物抽出物濃度です。

結論

NPs合成のために複数の物理的、化学的、生物学的方法が開発されてきました。これらすべてのプロセスはナノ製品の用途と適用性に基づいて広く使用されています。しかし、既存の各プロトコルには特定の欠点があり、またこれらのプロセスのほとんどは大量生産にスケールアップできません。したがって、制御可能で調整可能な特性を持つNPsを製造する代替プロセスの開発は依然としてオープンな課題です。