Nanohiukkaset ovat saaneet huomattavan merkityksen 21. vuosisadan alussa nanoteknologiateollisuuden laajentumisen vuoksi, ja paljon tutkimusta on tehty halpojen, kätevien ja turvallisten tuotantotapojen löytämiseksi. Nanohiukkasten biosynteesi – nanohiukkasten tuottaminen elävien organismien tai biologista alkuperää olevan materiaalin kautta – on yksi lupaava reitti. Käytettävissä on useita biosynteesityyppejä – esimerkiksi nanohiukkasia voidaan syntetisoida käyttämällä eläviä bakteereja tai sieniä tai kasviuutteita. Nämä tekniikat voivat tarjota etuja perinteisempiin nanohiukkasten syntetisointimenetelmiin verrattuna, koska ne ovat ympäristöystävällisiä, ne voivat tapahtua huoneenlämpötilassa tai sitä alhaisemmissa olosuhteissa ja vaativat vain vähän väliintuloa tai energian syöttämistä. Kyseisiä organismeja viljellään yleensä helposti yksinkertaisissa orgaanisissa väliaineissa, ne ovat uusiutuva luonnonvara ja ne voidaan yleensä jättää tekemättä.
On jo pitkään tiedetty, että eri organismit voivat syntetisoida epäorgaanisia hiukkasia, mukaan lukien piidioksidi ja kalsiumkarbonaatti tai liitu. Monet mikro -organismit pystyvät pelkistämään metalli -ioneja metalliksi. Jotkut bakteerit voivat tuottaa magneettista materiaalia pelkistämällä rautayhdisteitä sisällyttämällä magneettisia nanohiukkasia soluihinsa magnetosomeiksi kutsuttuihin kappaleisiin. Kiinnostus näitä mikrobitoimintoja kohtaan on johtanut teknologioiden kehittämiseen, jotka on suunniteltu mahdollistamaan nanohiukkasten biosynteesi.
Hopea- ja kulta -nanohiukkaset ovat erityisen kiinnostavia, koska niillä on laaja valikoima mahdollisia sovelluksia, ja nanohiukkasten biosynteesin tutkimuksen pääpaino on ollut näissä metalleissa. Vaikka metallit tutummissa muodoissaan eivät ole kovin reaktiivisia, ne ovat – kuten monet aineet – paljon reaktiivisempia nanohiukkasten muodossa. Tämä johtuu suurelta osin paljon korkeammasta pinta -alan ja tilavuuden suhteesta. Hopeaa ja kultaa sisältäviä nanohiukkasia voidaan käyttää katalysaattoreina, antibakteerisina aineina, lääkkeiden annostelujärjestelminä, syövän vastaisina hoitona ja erilaisten biokemikaalien seurannassa.
Useita bakteerityyppejä on käytetty menestyksekkäästi nanohiukkasten biosynteesissä. Tämä voi tapahtua sekä solunsisäisesti – elävien solujen sisällä että solunulkoisesti – solujen ulkopuolella. Helposti saatavissa olevan Escherichia coli -bakteerin kannan on havaittu tuottavan solunsisäisiä ja solunulkoisia hopeananohiukkasia, kun sen kasvualustaan lisätään hopeanitraattiliuosta (AgNO3). Monet muut bakteerit, mukaan lukien syanobakteerit, voivat myös tuottaa hopeananopartikkeleita hopeanitraatista. Uskotaan, että bakteerit käyttävät nitraattianionia (NO3-) typen lähteenä jättäen metallista hopeaa.
Bakteerit ovat syntetisoineet kultaisia nanohiukkasia vesiliukoisista kulta-klooriyhdisteistä, jotka tunnetaan kloroauraateina ja joissa on AuCl4-anioni. Tähän tarkoitukseen on käytetty menestyksekkäästi useita erilaisia bakteereja, ja nanohiukkasia voidaan tuottaa bakteerisolujen sisällä ja ulkopuolella. Joissakin tapauksissa tuotettujen kultaisten nanohiukkasten muotoa voidaan hallita säätämällä väliaineen pH: ta.
Myös sieniä ja kukkivia kasveja on käytetty kokeellisesti nanohiukkasten syntetisointiin. Useiden Aspergillus -lajien ja muiden homeiden sekä vähintään yhden syötävän sienilajin valmisteiden on havaittu tuottavan solunulkoisia nanohiukkasia sekä hopeaa että kultaa. Uutteita useista kukkivista kasveista, mukaan lukien Aloe vera ja Pelargonium graveolens, eräänlainen geranium, on havaittu muodostavan hopeaa ja kultaa nanohiukkasia sekoitettaessa näiden metallien sopivien liukoisten yhdisteiden kanssa.