ナノ・マイクロ粒子合成

マイクロおよびナノ粒子は、エネルギー、イメージング、医療、環境などの分野で大きな技術的可能性を秘めたユニークな材料です。ナノ粒子は、少なくとも1つの物理的寸法が100ナノメートル未満であると定義されています。マイクロ粒子の場合は、物理的寸法が約1～1000マイクロメートルです。これら粒子は、対応するバルク材料と同じ組成であっても、サイズ効果により、特異的な光学的、電気的、熱的、および磁気的特性を示します。特定の用途により適した特性、形状、組成、粒度分布をより精密に制御するための合成方法が研究されています。

マイクロおよびナノ粒子の合成は、一般的に物理的もしくは化学的手法で行われます。物理的手法では、出発物質の大きさを物理的に小さくすることで粒子を作る、いわゆるトップダウン方式の微細加工・ナノ加工が行われ、ミリング、ガス凝縮、エレクトロスプレー、リソグラフィー、熱分解法などがあります。 化学的手法では、通常、液相または気相中の化学反応による原子または分子の前駆体からの核生成を利用して粒子を成長させる、いわゆるボトムアップ型の手法が用いられます。マイクロおよびナノ粒子を化学的に合成する方法には、マイクロエマルジョン、水熱、マイクロ流体、化学気相、熱分解、ゾルゲル法などがあります。ナノ粒子の化学的合成の場合、欠陥の少ないナノ構造体が得られ、より複雑で均質な化学組成の粒子を合成でき、低コストで迅速な製造が可能なため、スケールアップが容易です。

これらの技術は多くの場合、労働集約的であり、有毒な副生成物が生じるため、微生物や植物抽出物を用いた生物学的手法やグリーンナノ粒子合成法が開発されています。これらの持続可能な方法を用いた場合、生物医学や環境への応用に適した無害で環境に優しい粒子を製造することができます。