Undersøgelse finder ingen sikkerhedstrussel fra kortvarig eksponering for industrielle nanopartikler

Kortvarig eksponering for konstruerede nanopartikler, der anvendes i halvlederfremstilling, udgør en lille risiko for mennesker eller miljøet, ifølge en meget læst forskningsartikel fra et forskningshold ledet af University of Arizona.

Medforfatter af 27 forskere fra otte amerikanske universiteter, artiklen, "Fysisk, kemisk og in vitro toksikologisk karakterisering af nanopartikler i kemisk mekanisk planariseringssuspensioner, der anvendes i halvlederindustrien:mod miljømæssige sundheds- og sikkerhedsvurderinger, "blev offentliggjort i Royal Society of Chemistry Journal Miljøvidenskab Nano i maj 2015. Avisen, hvilket kræver yderligere analyse af potentiel toksicitet for længere eksponeringsperioder, var en af ​​tidsskriftets 10 mest downloadede artikler i 2015.

UA-forsker og papirmedforfatter Reyes Sierra brugte et elektronmikroskop til at erhverve dette billede af silicananopartikler.

"Denne undersøgelse er yderst relevant både for industrien og for offentligheden, " sagde Reyes Sierra, hovedforsker ved undersøgelsen og professor i kemi- og miljøteknik ved University of Arizona.

Forskningen blev i vid udstrækning støttet af Semiconductor Research Corporation SRC Engineering Research Centre on Environmentally Benign Semiconductor Manufacturing, et UA-baseret konsortium, der fejrer sit 20. år. Medforfattere til papiret omfatter centrets direktør, UA Regents 'professor Farhang Shadman, og nuværende og tidligere UA kandidatstuderende i miljøteknik.

Lille vidunder

Nanopartikler er mindre end 100 nanometer. En milliontedel af størrelsen af ​​hovedet på en nål, en tusindedel af et menneskehårs bredde, de er nogle af de mindste materialer, man kender. De kan eksistere naturligt - i sod, for eksempel - men er kun blevet konstrueret i de sidste 30 år.

Konstruerede nanopartikler bruges til at fremstille halvledere, solpaneler, satellitter, fødevareemballage, fødevaretilsætningsstoffer, batterier, baseball bats, kosmetik, solcreme og utallige andre produkter. De har også store løfter for biomedicinske applikationer, såsom kræfttilførselssystemer.

At designe og studere materialer i nanoskala er ikke en lille bedrift. De fleste universitetsforskere producerer dem i laboratoriet for at tilnærme dem, der bruges i industrien. Men for denne undersøgelse, Cabot Microelectronics leverede slam af konstruerede nanopartikler til forskerne.

"Minus et par proprietære ingredienser, vores gylle var nøjagtig de samme som dem, der blev brugt af virksomheder som Intel og IBM, " sagde Sierra. Begge virksomheder samarbejdede om undersøgelsen.

Ingeniørerne analyserede det fysiske, kemiske og biologiske egenskaber ved fire metaloxid -nanomaterialer - ceria, aluminiumoxid, og to former for silica - almindeligvis brugt i kemisk mekanisk planariseringsslam til fremstilling af halvledere.

Ren fremstilling

Kemisk mekanisk planarisering er den proces, der bruges til at ætse og polere siliciumskiver til at være glatte og flade, så de hundredvis af siliciumchips, der er fastgjort til deres overflader, vil producere korrekt fungerende kredsløb. Selv den mest uendelige rids på en wafer kan skabe kaos på kredsløbet.

Når deres arbejde er færdigt, konstruerede nanopartikler frigives til spildevandsbehandlingsanlæg. Konstruerede nanopartikler er ikke reguleret, og deres udbredelse i miljøet er dårligt forstået.

Forskere ved UA og rundt om i verden studerer de potentielle virkninger af disse små og komplekse materialer på menneskers sundhed og miljøet.

"En af de få ting, vi ved med sikkerhed om konstruerede nanopartikler, er, at de opfører sig meget anderledes end andre materialer, " sagde Sierra. "F.eks. de har meget større overfladeareal i forhold til deres volumen, hvilket kan gøre dem mere reaktive. Vi ved ikke, om denne større reaktivitet betyder øget toksicitet. "

Forskerne afslørede de fire nanopartikler, suspenderet i separate gylle, til adenokarcinom humane alveolære basale epitelceller ved doser op til 2, 000 milligram pr. liter i 24 til 38 timer, og til marine bakterieceller, Aliivibrio fischeri, op til 1, 300 milligram per liter i cirka 30 minutter.

Disse koncentrationer er meget højere end forventet i miljøet, sagde Sierra.

Ved at bruge en række forskellige teknikker, herunder toksicitetsbioassays, elektronmikroskopi, massespektrometri og laserspredning, at måle faktorer som partikelstørrelse, overfladeareal og partikelsammensætning, forskerne fastslog, at alle fire nanopartikler udgjorde en lav risiko for menneske- og bakterieceller.

"Disse nanopartikler viste ingen negative virkninger på de menneskelige celler eller bakterierne, selv ved meget høje koncentrationer, " sagde Sierra. "Cellerne viste den samme adfærd som celler, der ikke blev udsat for nanopartikler."

Forfatterne anbefalede yderligere undersøgelser for at karakterisere potentielle negative virkninger ved længere eksponeringer og højere koncentrationer.

"Tænk på en fisk i et vandløb, hvor spildevand, der indeholder nanopartikler, udledes, " sagde Sierra. "Eksponering for nanopartikler kunne være meget længere."