L'esposizione a breve termine alle nanoparticelle ingegnerizzate utilizzate nella produzione di semiconduttori pone pochi rischi per le persone o per l'ambiente, secondo un documento di ricerca ampiamente letto da un gruppo di ricerca guidato dall'Università dell'Arizona.

Co-autore di 27 ricercatori di otto università statunitensi, l'articolo, "Fisico, caratterizzazione chimica e tossicologica in vitro di nanoparticelle in sospensioni di planarizzazione chimico-meccanica utilizzate nell'industria dei semiconduttori:verso valutazioni di salute e sicurezza ambientale, " è stato pubblicato sulla rivista della Royal Society of Chemistry Scienze Ambientali Nano nel maggio 2015. Il documento, che richiede un'ulteriore analisi della potenziale tossicità per periodi di esposizione più lunghi, è stato uno dei 10 articoli più scaricati della rivista nel 2015.

Il ricercatore dell'UA e coautore dell'articolo Reyes Sierra ha utilizzato un microscopio elettronico per acquisire questa immagine delle nanoparticelle di silice.

"Questo studio è estremamente rilevante sia per l'industria che per il pubblico, " ha detto Reyes Sierra, capo ricercatore dello studio e professore di ingegneria chimica e ambientale presso l'Università dell'Arizona.

La ricerca è stata ampiamente supportata dal Semiconductor Research Corporation SRC Engineering Research Center on Environmentally Benign Semiconductor Manufacturing, un consorzio con sede negli Emirati Arabi Uniti che celebra il suo ventesimo anno. I coautori del documento includono il direttore del centro, Il professor Farhang Shadman degli UA Regents, e studenti laureati attuali ed ex UA in ingegneria ambientale.

Piccola meraviglia

Le nanoparticelle sono più piccole di 100 nanometri. A un milionesimo della dimensione della testa di uno spillo, un millesimo della larghezza di un capello umano, sono alcuni dei materiali più piccoli conosciuti. Possono esistere naturalmente, nella fuliggine, per esempio, ma sono stati progettati solo negli ultimi 30 anni.

Le nanoparticelle ingegnerizzate vengono utilizzate per realizzare semiconduttori, pannelli solari, satelliti, imballaggio alimentare, additivi del cibo, batterie, mazze da baseball, cosmetici, crema solare e innumerevoli altri prodotti. Sono anche molto promettenti per le applicazioni biomediche, come i sistemi di somministrazione di farmaci antitumorali.

Progettare e studiare materiali su nanoscala non è cosa da poco. La maggior parte dei ricercatori universitari li produce in laboratorio per approssimare quelli utilizzati nell'industria. Ma per questo studio, Cabot Microelectronics ha fornito ai ricercatori fanghi di nanoparticelle ingegnerizzate.

"Meno alcuni ingredienti proprietari, i nostri liquami erano esattamente gli stessi di quelli utilizzati da aziende come Intel e IBM, "Sierra ha detto. Entrambe le società hanno collaborato allo studio.

Gli ingegneri hanno analizzato il fisico, attributi chimici e biologici di quattro nanomateriali di ossido metallico:ceria, allumina, e due forme di silice, comunemente utilizzate nei fanghi di planarizzazione meccanica chimica per la produzione di semiconduttori.

Produzione pulita

La planarizzazione chimico-meccanica è il processo utilizzato per incidere e lucidare i wafer di silicio in modo che siano lisci e piatti in modo che le centinaia di chip di silicio attaccati alle loro superfici producano circuiti correttamente funzionanti. Anche il graffio più infinitesimale su un wafer può devastare i circuiti.

Quando il loro lavoro è finito, nanoparticelle ingegnerizzate vengono rilasciate negli impianti di trattamento delle acque reflue. Le nanoparticelle ingegnerizzate non sono regolamentate, e la loro prevalenza nell'ambiente è poco conosciuta.

I ricercatori dell'UA e di tutto il mondo stanno studiando i potenziali effetti di questi materiali minuscoli e complessi sulla salute umana e sull'ambiente.

"Una delle poche cose che sappiamo con certezza sulle nanoparticelle ingegnerizzate è che si comportano in modo molto diverso rispetto ad altri materiali, "Sierra ha detto. "Per esempio, hanno una superficie molto maggiore rispetto al loro volume, che può renderli più reattivi. Non sappiamo se questa maggiore reattività si traduca in una maggiore tossicità".

I ricercatori hanno esposto le quattro nanoparticelle, sospeso in fanghi separati, all'adenocarcinoma delle cellule epiteliali basali alveolari umane a dosi fino a 2, 000 milligrammi per litro per 24-38 ore, e alle cellule di batteri marini, Aliivibrio fischeri, fino a 1, 300 milligrammi per litro per circa 30 minuti.

Queste concentrazioni sono molto più alte di quanto ci si aspetterebbe nell'ambiente, ha detto Sierra.

Utilizzando una varietà di tecniche, compresi i biotest di tossicità, microscopio elettronico, spettrometria di massa e diffusione laser, per misurare fattori come la dimensione delle particelle, superficie e composizione delle particelle, i ricercatori hanno determinato che tutte e quattro le nanoparticelle rappresentano un rischio basso per le cellule umane e batteriche.

"Queste nanoparticelle non hanno mostrato effetti negativi sulle cellule umane o sui batteri, anche a concentrazioni molto elevate, " Sierra ha detto. "Le cellule hanno mostrato lo stesso comportamento delle cellule che non sono state esposte alle nanoparticelle".

Gli autori hanno raccomandato ulteriori studi per caratterizzare i potenziali effetti avversi a esposizioni più lunghe e concentrazioni più elevate.

"Pensa a un pesce in un ruscello dove vengono scaricate acque reflue contenenti nanoparticelle, "Sierra ha detto. "L'esposizione alle nanoparticelle potrebbe durare molto più a lungo."