Les nanoparticules ont acquis une importance considérable au début du 21e siècle en raison de l’expansion de l’industrie des nanotechnologies, et de nombreuses recherches ont été menées pour trouver des méthodes de production bon marché, pratiques et sûres. La biosynthèse des nanoparticules — production de nanoparticules par des organismes vivants ou des matériaux d’origine biologique — est une voie très prometteuse. Il existe un certain nombre de types de biosynthèse qui peuvent être utilisés – par exemple, les nanoparticules peuvent être synthétisées à l’aide de bactéries ou de champignons vivants, ou à l’aide d’extraits de plantes. Ces techniques peuvent présenter des avantages par rapport aux méthodes plus traditionnelles de synthèse de nanoparticules, car elles sont respectueuses de l’environnement, peuvent avoir lieu à une température ambiante ou inférieure et nécessitent peu d’intervention ou d’apport d’énergie. Les organismes impliqués sont généralement facilement cultivés dans des milieux organiques simples, constituent une ressource renouvelable et peuvent généralement être simplement laissés faire leur travail.
On sait depuis longtemps que divers organismes pouvaient synthétiser des particules inorganiques, notamment de la silice et du carbonate de calcium, ou de la craie. De nombreux micro-organismes sont capables de réduire les ions métalliques en métal. Certaines bactéries peuvent produire des matériaux magnétiques par réduction de composés de fer, en incorporant des nanoparticules magnétiques dans des corps appelés magnétosomes au sein de leurs cellules. L’intérêt pour ces activités microbiennes a conduit au développement de technologies conçues pour permettre la biosynthèse de nanoparticules.
Les nanoparticules d’argent et d’or sont particulièrement intéressantes, car elles ont un large éventail d’applications possibles, et le principal objectif de la recherche sur la biosynthèse des nanoparticules a été sur ces métaux. Bien que les métaux sous leurs formes les plus familières ne soient pas très réactifs, ils sont, comme de nombreuses substances, beaucoup plus réactifs sous forme de nanoparticules. Ceci est en grande partie dû au rapport surface/volume beaucoup plus élevé. Les nanoparticules d’argent et d’or peuvent être utilisées comme catalyseurs, agents antibactériens, systèmes d’administration de médicaments, traitements anticancéreux et dans la surveillance de divers produits biochimiques.
Un certain nombre de types de bactéries ont été utilisés avec succès dans la biosynthèse de nanoparticules. Cela peut avoir lieu à la fois intracellulaire – à l’intérieur des cellules vivantes – et extracellulaire – à l’extérieur des cellules. Une souche de la bactérie Escherichia coli facilement disponible s’est avérée produire des nanoparticules d’argent intracellulaires et extracellulaires lorsqu’une solution de nitrate d’argent (AgNO3) est ajoutée à son milieu de croissance. Un certain nombre d’autres bactéries, dont les cyanobactéries, peuvent également produire des nanoparticules d’argent à partir de nitrate d’argent. On pense que les bactéries utilisent l’anion nitrate (NO3-) comme source d’azote, laissant de l’argent métallique.
Des nanoparticules d’or ont été synthétisées par des bactéries à partir de composés or-chlore solubles dans l’eau appelés chloroaurates, qui contiennent un anion AuCl4-. Un certain nombre de bactéries différentes ont été utilisées avec succès à cette fin et des nanoparticules peuvent être produites à l’intérieur et à l’extérieur des cellules bactériennes. Dans certains cas, la forme des nanoparticules d’or produites peut être contrôlée en ajustant le pH du milieu.
Des champignons et des plantes à fleurs ont également été utilisés expérimentalement pour synthétiser des nanoparticules. Des préparations de plusieurs espèces d’Aspergillus et d’autres moisissures, ainsi qu’au moins une espèce de champignon comestible se sont avérées produire des nanoparticules extracellulaires d’argent et d’or. Il a été observé que des extraits d’un certain nombre de plantes à fleurs, dont l’Aloe vera et le Pelargonium graveolens, un type de géranium, forment des nanoparticules d’argent et d’or lorsqu’ils sont mélangés avec des composés solubles appropriés de ces métaux.