Huidige strategieën voor de synthese van nanodeeltjes van edelmetaal

Huidige trends in de synthese van NMNP's

Synthesemethoden van NMNP's

De voorbereiding van NP's volgt in principe twee verschillende benaderingen, (1) top-down (destructieve methode) en (2) bottom-up (constructieve methode) (Fig. 1).

Schematische weergave van de top-down (afbeeldingen met de groene achtergrond) en bottom-up (afbeeldingen met lichtgele achtergrond) benaderingen van nanodeeltjessynthese, het beeld werd aangepast en opnieuw getekend uit [52,53,54,55,56,57, 58,59,60]

Top-down processen omvatten het breken van bulkmaterialen in kleinere deeltjes van nano-afmetingen met behulp van verschillende fysische en chemische methoden. In de bottom-up benadering worden NP's daarentegen geproduceerd door de zelfassemblage van de atomen, de moleculen of de clusters. Top-down benaderingen omvatten extern gecontroleerde processen van snijden, frezen en vormen van de materialen in de gewenste volgorde en vorm. Verschillende fysische methoden, zoals pyrolyse [61, 62], nanolithografie [63, 64], thermolyse [65] en door straling geïnduceerde methoden [66,67,68] behoren tot deze categorie. Deze benadering heeft echter een belangrijke beperking, namelijk de imperfecte oppervlaktestructuur van de resulterende MNP's, die hun fysische en chemische eigenschappen aanzienlijk beïnvloedt [1]. Bovendien vereist deze methode enorm veel energie om de hogedruk- en temperatuuromstandigheden tijdens de synthetische procedure te handhaven, wat het proces duur maakt.

Bij bottom-up methoden worden NP's samengesteld uit de overeenkomstige atomen, clusters en moleculen met behulp van zowel chemische als biologische procedures. De bottom-up benadering is voordelig gebleken, omdat het een veel betere controle geeft over de uiteindelijke productvorming met meer homogene grootte, vorm (fysische parameters) en chemische samenstelling. Bovendien is deze aanpak in het algemeen goedkoper. De bottom-up benadering is gewoonlijk een natchemische syntheseprocedure, zoals chemische [69, 70], elektrochemische [71,72,73], sonochemische [74, 75] en groene synthese [76, 77]. In de bottom-up benadering is de zuivering van de gesynthetiseerde deeltjes uit hun reactiemengsel (toxische chemicaliën, organische oplosmiddelen en reagentia) een grote uitdaging die twijfel doet rijzen over hun biomedische toepassingen, behalve voor groene synthesemethoden.

Top-down benaderingen

Sputteren

Sputteren is een van de meest gebruikte syntheseprotocollen die de afzetting van NP's omvat als een dunne laag die wordt gegenereerd door de botsing van ionen over het substraat en gevolgd door uitgloeien. Deze methode wordt ook wel de Physical Vapour Deposition (PVD) methode genoemd [78, 79]. De efficiëntie van deze methode hangt voornamelijk af van factoren zoals laagdikte, substraattype, gloeiduur en temperatuur, die de grootte en vorm van de NP's direct beïnvloeden [55, 80, 81].

Micropatronen

Micropatterning, een populaire techniek die wordt gebruikt in biosensoren, microarrays, weefseltechnologie en cellulaire studies [82], wordt ook gebruikt bij de synthese van MNP's. In het algemeen is deze techniek equivalent aan een drukproces waarbij een materiaal wordt gesneden of gevormd in de vereiste vorm en grootte, hetzij met een licht- of elektronenstraal, voor de synthese van nanogestructureerde arrays uit een geschikte voorloper. Dit is een niet-vacuümmethode bij lage temperatuur die fotolithografie gebruikt voor de synthese van MNP's, waarbij gebruik wordt gemaakt van het lasersinteren van MNP-inkt [83, 84]. Naast fotolithografie zijn er tal van lithografietechnieken ontwikkeld, zoals scanning, zachte nano-imprinting, colloïdale, nanosfeer- en E-beam lithografie [2, 57, 85, 86].

Frezen

Frezen wordt over het algemeen voorgesteld als het publieke gezicht van top-down processen, omdat het gaat om het direct breken van bulkmaterialen in micro-/nanostructuren. Bij mechanisch frezen wordt de kinetische energie van de rollen/kogels overgedragen op het stortgoed, wat resulteert in een verkleining van de korrelgrootte [87]. Parameters zoals het type molen, maalatmosfeer, maalmedia, intensiteit, tijd en temperatuur spelen een cruciale rol bij het beheersen van de vorm en grootte van de NP's [88, 89]. Er zijn verschillende technieken ontwikkeld om deze beperkingen te overwinnen, waaronder schudmolens, tuimelmolens, trilmolens, afslijtingsmolens en planeetmolens.

Laserablatie

Laserablatie is een van de methoden die wordt beschouwd als een geschikte vervanging voor conventionele chemische methoden vanwege de snelle verwerkingstijden, betere controle over de grootte en vorm van de deeltjes en hoge opbrengsten met een betere stabiliteit op lange termijn [78, 90] ,91,92]. In een laserablatieproces wordt een vast oppervlak (meestal een plaat van puur metaal) bestraald met een laserstraal, wat leidt tot een plasmapluim met lage flux, die uiteindelijk wordt verdampt of gesublimeerd om NP's te vormen [93]. Bij een hogere flux worden de materialen omgezet in plasma. Het ontbreken van de vereiste om overtollige reagentia te verwijderen en de mogelijkheid van synthese van metalen nanodeeltjes in zowel waterige als organische oplosmiddelen heeft de implementatie van de laserablatiemethode in biomedische toepassingen mogelijk gemaakt, zoals de in situ conjugatie van biomoleculen met MNP's, wat is bewezen om effectiever te zijn dan standaardtechnieken [54, 94, 95].

Pyrolyse

Thermische ontleding is een andere belangrijke techniek die vaak afzonderlijk of in combinatie met andere fysische methoden voor MNP-synthese wordt gebruikt [78]. Het is een endotherm chemisch ontbindingsproces dat warmte gebruikt om de chemische bindingen van de verbinding te verbreken, wat resulteert in ontbinding van de voorloper, waardoor deze in een chemische reactie wordt gedwongen, waarbij NP's samen met andere bijproducten in de vorm van as worden geproduceerd. Door verdere verwerking van de verkregen vaste as worden NP's teruggewonnen. Pyrolyse wordt vaak gebruikt voor de bereiding van edele MNP's [56, 96, 97]. Overmatig energieverbruik is een van de belangrijkste nadelen van deze methode.

Chemische dampafzetting

Deze methode staat ook bekend als de vacuümdepositiemethode, waarbij de gasvormige reactant als een dunne film op een substraat wordt afgezet, samen met een combinatie van andere gasmoleculen die oververhitting van het substraat bevorderen. Tijdens de reactie komt het substraat in contact met de gecombineerde gassen, wat leidt tot reductie van de ionen [78]. Het product van deze reactie is meestal in de vorm van een film waaruit de NP's moeten worden geschraapt. De methode produceert zeer zuivere, uniforme en niet-poreuze nanodeeltjes; als gevolg hiervan is deze methode zeer belangrijk geworden in de elektronica- en halfgeleiderindustrie. Ondanks deze enorme voordelen heeft deze methode enkele grote nadelen:de vereiste van speciale apparatuur voor het maken van de films en kamers voor de reactie, en het feit dat de gasvormige bijproducten van deze reactie extreem giftig zijn [98].

Bottom-up benaderingen

Reductie van metaalionen in oplossing

Deze benadering omvat de reductie van metaalionen uit hun ionische zouten door gebruik te maken van verschillende chemische reductiemiddelen in aanwezigheid van een stabilisator onder gunstige reactieparameters (pH, temperatuur, enz.). Deze procedure is de meest gebruikelijke en betrouwbare methode van alle bottom-up benaderingen vanwege zijn pure eenvoud [2, 99]. Voor dit proces is een uitgebreide lijst beschikbaar van een aantal reductiemiddelen, waaronder veelgebruikte natriumcitraat [10, 100], looizuur [99], natriumboorhydraat [101], hydrazine, waterstof, lithiumaluminiumhydride en alcoholen kunnen ook worden gebruikt [2, 60]. Evenzo, als het gaat om stabiliserende middelen, zijn er veel opties, en ze vallen over het algemeen in twee categorieën (1) laagmoleculair gewicht (bijv. citraat, SDS, chitosan, enz.) en (2) hoogmoleculaire. (bijv. zetmeel, tween, PVP, PEG, DISPERBYK, enz.). De stabilisatoren met een laag molecuulgewicht (algemeen geladen detergentia) hebben de neiging om de oppervlaktelading van de gesynthetiseerde deeltjes te veranderen en de afstotende kracht daartussen te behouden, waardoor aggregatie wordt voorkomen; dit type stabilisator beschermt over het algemeen niet goed tegen omgevingsstressfactoren (vooral veranderingen in opslagtemperatuur en blootstelling aan licht). Stabilisatoren met een hoog molecuulgewicht verzwelgen de deeltjes in het algemeen en beschermen ze tegen omgevingsstress. Het is aangetoond dat ze efficiënter zijn dan de stabilisatoren met een laag molecuulgewicht. Ondanks hun voordelen zijn hun biologische toepassingen en katalytische eigenschappen twijfelachtig vanwege de dikke laag stabilisator over de deeltjes die het oplossen ervan verhindert [102, 103]. In termen van homogeniteit in deeltjesgrootte en vorm, is de duidelijke winnaar de op chemicaliën gebaseerde reductie. De reductie kan namelijk eenvoudig worden geregeld door de reactieparameters (pH en de verhouding tussen reductie- en stabilisator) te wijzigen. Tyagi en zijn team produceerden AuNP's [104] met behulp van de citraatreductiemethode bij kamertemperatuur, bij pH 3 met 2:1 en 5:1 molaire verhoudingen van citraat tot AuCl₃ van, waardoor deeltjes worden verkregen met een gemiddelde grootte van respectievelijk 28 en 25 nm. Bij deze pH verliep de reactie veel sneller dan bij andere pH-waarden. Ze toonden ook aan dat AuNP's met verschillende vormen, zoals prisma's, staafjes en bollen, werden gevormd bij pH-waarden variërend van 3 tot 6 (met een 2:1 molaire verhouding van citraat tot AuCl₃ ). In een ander onderzoek door Agnihotri en collega's [105], die een vergelijkbare citraatreductiemethode toepasten voor de synthese van AgNP's, verkregen deeltjes met een gemiddelde grootte van 5 nm bij de hoogste concentratie natriumcitraat (4.28 × 10 ^–3 mol dm ⁻³ ). Hun omvang nam toe bij verhoogde citraatconcentraties (tot 100 nm bij 1,77 × 10 ^–2 mol dm ⁻³ ). Een andere studie van Hou et al. [106] beschreef de synthese van zeer stabiele en monodisperse Pt-nanodeeltjes in de vorm van hydrosolen voor elektrokatalytische toepassingen.

Micro-emulsie

De fabricage van metalen NP's op basis van micro-emulsies wordt een onderwerp van groot belang, en het is ook naar voren gekomen als een effectieve methode die betere controle biedt over de fysieke aspecten van de gesynthetiseerde nanodeeltjes, zoals grootte en vorm. Over het algemeen zijn micro-emulsies eenvoudigweg mengsels van twee niet-mengbare vloeistoffen in aanwezigheid van een oppervlakteactieve stof. Deze systemen hebben over het algemeen een ultralage grensvlakspanning, een groot grensvlakgebied en thermodynamische stabiliteit [107]. De eerste op micro-emulsie gebaseerde synthese van NMNP's werd beschreven door het team van Muñoz-Flores et al. [58, 108, 109] die platina, palladium en rhodium NP's synthetiseerden. Bij de op micro-emulsie gebaseerde NP's-synthese worden twee afzonderlijke micro-emulsies bereid, één die het ionische zout bevat en een andere die het reductiemiddel bevat dat in een amfifiele omgeving wordt geproduceerd. De botsing tussen de emulsies leidt tot vermenging van de reactanten en reduceert de ionen van het zout tot neutrale atomen, die vervolgens nanodeeltjes vormen [2]. Water-in-olie-systemen worden over het algemeen gebruikt voor de synthese van metalen nanodeeltjes, en aangezien de nanodeeltjes die met deze methode worden geproduceerd, worden verkregen in de vorm van emulsies, zijn ze over het algemeen thermodynamisch stabiel. Afhankelijk van de behoefte kan dit proces ook worden aangepast om een ​​specifiek type nanodeeltje te synthetiseren door de verhouding van de oppervlakteactieve stof tot olie te veranderen. Dit maakt het mogelijk om de grootte en vorm van de deeltjes te regelen [110].

Elektrochemische methoden

Elektrochemische processen worden vaak gebruikt voor de synthese van NMNP's en nanocomposieten, die meestal worden gebruikt vanwege hun katalytische eigenschappen en die recentelijk zijn gebruikt in biomedische toepassingen als biosensoren [111]. De elektrochemische methode werd voor het eerst geïntroduceerd in 1994 door Reetz en Helbig, die een puur metalen plaat van de anode oplosten om de afzetting van metaalzout op de kathode van een elektrochemische cel te bereiken in aanwezigheid van een elektrolyt om nanodeeltjes te produceren [2, 112] . De effectiviteit van deze methode hangt af van verschillende parameters, zoals de aard van het reductiemiddel, de zuiverheid van het metaal en de stabilisator, de keuze van de elektrolyt, de concentratieverhouding en de temperatuur, die een directe invloed hebben op de fysieke parameters van de NP's [53]. Op dit moment heeft de synthese van nanocomposieten (vooral die met grafeen) met behulp van elektrochemische methoden de voorkeur boven de synthese van NP's [113].

Door straling geïnduceerde synthesemethoden

Deze methode maakt gebruik van ioniserende straling (vooral gammastraling en omvat röntgenstralen en UV-licht) voor de synthese van metalen nanodeeltjes. Het is bewezen zeer efficiënt te zijn in vergelijking met de conventionele methoden van NP-synthese, omdat het volledig gereduceerde, zeer zuivere (bijproductvrije) metalen nanodeeltjes oplevert. Het onderwerp is goed behandeld in verschillende recensies [59, 66, 114, 115]. In dit proces wordt een waterige oplossing van reductie- en stabilisatiemiddel blootgesteld aan door straling gemedieerde radiolyse, wat leidt tot de vorming van NP's. Tijdens de blootstelling aan straling vallen de watermoleculen uiteen, waardoor tijdelijke producten ontstaan ​​die werken als sterke oxidatie- of reductiemiddelen en metaalionen reduceren tot neutrale metaalatomen, die verder kiemen om NP's te vormen. De synchrotron-röntgentechnieken maakten het mogelijk om de groeitrajecten van colloïdale NP's in realtime te volgen [116]. De fysische parameters die cruciaal zijn voor de synthese van NP's omvatten de stralingsdosis, de pH van het systeem en het type oplosmiddel dat bij de synthese wordt gebruikt [117]. Onlangs werd door straling geïnduceerde synthese gebruikt voor de productie van tween 80 gestabiliseerde AgNP's voor antibacteriële toepassingen [118].

Magnetron-geïnduceerde groene synthesemethoden

Over het algemeen is microgolf-ondersteunde synthese ook bekend als éénpotsynthese en omvat de synthese van NP's uit zouten en oppervlakteactieve oplossingen. Het is een zeer betrouwbare, snelle en gemakkelijke methode die controle over de morfologie van de gesynthetiseerde NP's ondersteunt [2]. Deze methode werkt volgens het principe van dipoolinteractie (moleculen hebben de neiging zichzelf uit te lijnen en oscilleren in de pas met het oscillerende elektrische veld van de microgolven, botsing en wrijving tussen hen veroorzaakt warmte) en ionische geleiding (het elektrische veld genereert ionische beweging terwijl de moleculen proberen om zich te oriënteren op het snel veranderende veld, waardoor onmiddellijke oververhitting ontstaat) waardoor een verwarmingseffect ontstaat dat resulteert in de reductie van metaalionen tot NP's [119, 120]. De microgolfbestralingstijd en de concentratie van de reactant bepalen voornamelijk de morfologische parameters van de NP's. Onlangs werden fysische eigenschappen zoals monodispersiteit en korrelgrootte van superparamagnetische magnetiet-NP's bereid door microgolfondersteunde synthese gecontroleerd door de injectie van humaat-polyanion in verschillende stadia van de synthese [121]. Microgolf-geïnduceerde elektrische ontlading werd ook gebruikt voor de synthese van Cu-, Ni- en Zn-nanodeeltjes uit metaaldeeltjes in afwezigheid van oplosmiddelen of oppervlakteactieve stoffen [122].

Groene synthesemethoden

Het overmatige gebruik van chemicaliën in chemische synthese heeft de toekomst van biologische toepassingen van NMNP's bijna in gevaar gebracht. Dit resulteerde in de verkenning van andere, ecologische methoden met een minimaal gebruik van chemicaliën. Groene synthetische methoden die gebruik maken van plantenextracten, micro-organismen en biopolymeren hebben bewezen krachtige kandidaten te zijn voor het vervangen van chemische methoden van NP-synthese (Fig. 2) [123]. Dankzij eenvoudigere en groenere methodologieën is er de afgelopen twee decennia een exponentiële toename van publicaties [52, 124, 125].

Schematische weergave van groene synthesemethoden

Biosysteemsynthese van NMNPS

De zoektocht naar de ontwikkeling van economisch en milieuvriendelijke methoden heeft geleid tot de verkenning van micro-organismen als potentiële kandidaat voor de synthese van nanodeeltjes [126, 127]. Biologische systemen zijn uitstekende voorbeelden van hiërarchische organisaties van atomen en moleculen, die onderzoekers ertoe aanzetten micro-organismen te gebruiken als potentiële celfabrieken voor de bereiding van nanomaterialen. Zowel prokaryotische (bacteriën) als eukaryote (algen, schimmels en planten) soorten worden gebruikt voor de groene synthese van NP's [123].

Op bacteriën gebaseerde synthese van nanodeeltjes

Bacteriën die herhaaldelijk zijn blootgesteld aan metaalrijke omgevingen hebben vaak resistentie ontwikkeld tegen deze extreme omstandigheden [128]. Zo zijn prokaryoten een natuurlijke keuze geworden voor de productie van nanomaterialen. Pseudomonas stutzeri AG259, een metaalaccumulerende bacterie geïsoleerd uit een zilvermijn, werd gebruikt door Klaus et al. [129] om intracellulaire nanokristallen van metallisch zilver tot 200 nm groot te maken. De extracellulaire synthese van NP's werd voor het eerst gerapporteerd door Shahverdi en collega's [130], waar AgNP's werden geproduceerd door de reductie van waterig Ag ⁺ ionen door verschillende kweeksupernatanten van Gram-negatieve bacteriën, d.w.z. Enterobacter cloacae , Escherichia coli en Klebsiella-pneumonie . De synthesesnelheid was veel sneller dan de intracellulaire synthese, wat resulteerde in de synthese van Ag-NP's binnen 5 minuten nadat de Ag +-ionen het celfiltraat tegenkwamen. Extracellulaire reductase-enzymen geproduceerd door de micro-organismen, namelijk Bacillus licheniformis en Bacillus clausii , reduceer de zilverionen tot neutraal zilver, wat resulteert in deeltjes van nanogrootte. Eiwitanalyse van deze micro-organismen onthulde dat het NADH-afhankelijke reductase-enzym een ​​vitale rol speelt bij de bioreductie van zilverionen tot zilvernanodeeltjes. Het reductase-enzym haalt zijn elektronen van NADH-oxidatie naar NAD + . Tijdens de oxidatie wordt het enzym tegelijkertijd ook geoxideerd, wat resulteert in de reductie van zilverionen tot AgNP's. In sommige gevallen is waargenomen dat het nitraatafhankelijke reductase ook kan deelnemen aan de bioreductie [131,132,133]. Daarnaast zijn verschillende bacteriestammen (zowel gramnegatief als grampositief), namelijk A. calcoaceticus, B. amyloliquefaciens, B. flexus, B. megaterium en S. aureus , zijn ook gebruikt voor zowel de extra- als intracellulaire biosynthese van AgNP's [123]. Evenzo worden AuNP's en PtNP's ook bereid door de accumulatie en reductie van goud- en platinazouten door bacteriën. B. licheniformis, B. megaterium , Delftia sp KCM-006., Shewanella sp ., Stenotrophomonas maltophilia en Lactobacillus sp . zijn enkele voorbeelden van bacteriën die zijn gebruikt om gouden nanomaterialen te produceren [134, 135]. Bovendien zijn de bacteriën Shewanella sp . en Acinetobacter calcoaceticus PUCM 1011 werden gebruikt voor de bereiding van PtNP's [136, 137]. Hoewel door bacteriën gemedieerde synthese veelbelovend is in termen van zijn groene karakter en controle over de vorm en grootte van de deeltjes (meestal bij extracellulaire synthese), lijdt het aan nadelen zoals hanteringsproblemen en lage opbrengsten.

Op schimmel gebaseerde synthese

In de afgelopen jaren is NMNP-synthese met eukaryote micro-organismen naar voren gekomen als een beter alternatief voor prokaryoten vanwege hun hoge intracellulaire metaalopnamevermogen, vermogen om NP's met verschillende chemische samenstellingen te synthetiseren, vermogen om een ​​grote hoeveelheid enzymen per eenheid biomassa te produceren en gemakkelijke verwerking van biomassa. op laboratoriumschaal [131].

Over het algemeen hebben schimmels het potentieel om metallische NP's te synthetiseren vanwege hun metaalbioaccumulatiecapaciteit, hun tolerantie, hoge bindingscapaciteit en intracellulaire opname zoals bacteriën [127]. Schimmels gebruiken zowel intracellulaire als extracellulaire methoden voor de synthese van NP's, en extracellulaire synthese is het meest gerapporteerde synthesemechanisme vanwege hun vermogen om grote hoeveelheden extracellulaire enzymen te produceren die Ag ⁺ omzetten ionen tot zilverdeeltjes op nanoschaal [138,139,140]. Bij intracellulaire synthese, Ag ⁺ ionen worden aan het celoppervlak geadsorbeerd door de elektrostatische interactie tussen negatief geladen carboxylaatgroepen in enzymen en positief geladen Ag ⁺ ionen. Ag ⁺ ionen worden later gereduceerd door de enzymen die in de celwand aanwezig zijn om AgNP's te vormen, in dit proces worden NP's gevormd op het oppervlak van mycelia, niet in oplossing. In 2001, de intracellulaire bereiding van AuNP's met behulp van Verticillium sp werd voor het eerst gerapporteerd door Mukherjee et al. [141], waarbij Au ³⁺ ionen van tetrachloorauraat werden gereduceerd in de schimmelcellen, wat resulteerde in de vorming van deeltjes met een grootte van 20 nm. Vahabi en collega's [142] gebruikten Trichoderma reesei voor AgNPs-synthese, waarbij de media met biomassa werden geïnoculeerd met AgNO₃ en geïncubeerd gedurende een periode van 72 uur, resulterend in de vorming van AgNP's in het groottebereik van 5-50 nm. Evenzo is een andere studie door het team van Vigneshwaran et al. [138] demonstreerde de intracellulaire synthese van AgNP's van Aspergillus flavus en rapporteerde dat enzymen in de celwand voornamelijk verantwoordelijk waren voor de reductie en dat de eiwitten verantwoordelijk waren voor stabilisatie. Ondanks al deze voordelen, zoals snellere synthese en betere controle over de grootte en vorm van de gesynthetiseerde deeltjes, hebben intracellulaire processen een enorm nadeel in termen van productterugwinning, wat het proces moeilijk en duur maakt, aangezien NP's aan de cel binden. Als resultaat heeft extracellulaire synthese de voorkeur. Bij extracellulaire synthese wordt celvrije bouillon/suspensie gebruikt in het syntheseproces dat milieuvriendelijker en kosteneffectiever blijkt te zijn. In 2016 heeft het team van Balakumaran et al. [143] gebruikte een celvrije suspensie van Aspergillus terreus voor de synthese van zowel Au als AgNP's, resulterend in sferische nanodeeltjes in het groottebereik van 8-20 nm en 10-50 nm voor respectievelijk Ag en AuNP's. FTIR-evaluatie van de deeltjes bevestigde de binding van eiwitten met de NP's.

Op algen gebaseerde synthese

De door algen gemedieerde synthese van NP's maakt gebruik van vier verschillende methoden:(1) hele algencellen worden geoogst uit hun kweekmedia in een bepaalde groeifase met behulp van centrifugatie en vervolgens direct gedispergeerd in een waterige oplossing van het metaalzout; (2) celvrij waterig extract gemaakt van vers geoogste of gevriesdroogde cellen; (3) een waterig extractfiltraat of supernatant van gemalen, verse of gedroogde algen; en (4) een waterig filtraat van een algenbouillon. Extract-gemedieerde synthese is het meest gerapporteerde op algen gebaseerde synthesemechanisme [131, 144]. The accumulation of elemental gold in the form of AuNPs (9–20 nm) was noted with a dried cell suspension of Chlorella vulgaris by Hosea et al., who also reported an increase in the concentration of gold with time, proving the ability of the algal cells to uptake and reduce the gold ions from tetrachloroauric acid [145]. Velgosova and coworkers [146] reported on the synthesis of highly stable AgNPs from Parachlorella kessleri , a green algae aqueous extract, where the synthesized particles were in the size range of about 20 nm and exhibited excellent stability over a year. Other Algal sp, such as Pithophora oedogonia , Sargassum wightii and Plectonema boryanum , have been used successfully to construct Ag, Au and PtNPs, respectively [147,148,149].

Plant-Based Synthesis

Plant- and plant extract-mediated synthesis has been the most commonly reported synthesis methodology [123, 135, 150]. This type of synthesis is designated phytosynthesis. The major advantage of this synthesis method is easy product recovery. In 2003, the team of Gardea-Torresdey et al. was the first to illustrate the synthesis of metal nanoparticles (AgNPs) using a living plant system with alfalfa sprouts (Medicago sativa ) in an agar medium. The roots possess the tendency to absorb the Ag from the medium and transport it along the shoot of the system in the same oxidation state, in the shoot the Ag atoms are further arranged to form AgNPs. Similarly, another study employed the alfalfa plant secretome to reduce Au ⁺ to Au ⁰ , which also followed a similar procedure to produce AuNPs [151]. Plant-extract-mediated synthesis uses a plant component (leaves, stems, roots, shoots, flowers, barks and seeds) extract for the synthesis of NPs, the major advantage of this method is the ability of the extract to serve as both the reducing and stabilizing agent [152]. This method has been proved to be the most cost efficient and user friendly method to produce nanoparticles with long-term stability. In 2016, the team of Balashanmugam et al. demonstrated the phytogenic synthesis of AgNPs from Cassia roxburghii aqueous leaf extract. The synthesized AgNPs were in the size range of about 35 nm and exhibited excellent stability over a year. This method also facilitated the synthesis of both individual and bimetallic particles. Neem (Azadirachta indica ) leaf extract was successfully used by Shankar et al. [153] to prepare silver, gold and bimetallic Au/Ag core–shell NPs. Similar plant extracts (bark, leaf, fruit and gum) have been used by several researchers to produce a variety of NMNPs [153,154,155]. Currently, light-induced nanoparticles are in the spotlight, as this procedure facilitates faster synthesis during the exposure of the mixture to sunlight. Kumar et al. [156] used Erigeron Bonariensis aqueous leaf extract for the synthesis of silver nanoparticles that yielded spherical and oval-shaped AgNPs with a size range of 13 nm (TEM size). The crucial parameters to be considered in this synthesis are the light exposure time and the concentration of the plant extract in the reaction system.