L'exposition à court terme aux nanoparticules d'ingénierie utilisées dans la fabrication de semi-conducteurs présente peu de risques pour les personnes ou l'environnement, selon un document de recherche largement lu d'une équipe de recherche dirigée par l'Université de l'Arizona.

Co-écrit par 27 chercheurs de huit universités américaines, l'article, "Physique, caractérisation toxicologique chimique et in vitro des nanoparticules dans les suspensions de planarisation mécano-chimique utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs :vers des évaluations de santé et sécurité environnementales, " a été publié dans le journal de la Royal Society of Chemistry Sciences de l'environnement Nano en mai 2015. Le journal, ce qui nécessite une analyse plus approfondie de la toxicité potentielle pour des périodes d'exposition plus longues, était l'un des 10 articles de la revue les plus téléchargés en 2015.

Le chercheur de l'UA et co-auteur de l'article, Reyes Sierra, a utilisé un microscope électronique pour acquérir cette image de nanoparticules de silice.

"Cette étude est extrêmement pertinente à la fois pour l'industrie et pour le public, " dit Reyes Sierra, chercheur principal de l'étude et professeur de génie chimique et environnemental à l'Université de l'Arizona.

La recherche a été largement soutenue par le Semiconductor Research Corporation SRC Engineering Research Center on Environmentally Benign Semiconductor Manufacturing, un consortium basé à UA qui fête ses 20 ans. Les co-auteurs de l'article incluent le directeur du centre, Le professeur Farhang Shadman des UA Regents, et les étudiants diplômés actuels et anciens de l'UA en génie de l'environnement.

Petite merveille

Les nanoparticules sont inférieures à 100 nanomètres. À un millionième de la taille d'une tête d'épingle, un millième de la largeur d'un cheveu humain, ils sont parmi les plus petits matériaux connus. Ils peuvent exister naturellement - dans la suie, par exemple, mais n'ont été conçus qu'au cours des 30 dernières années.

Les nanoparticules d'ingénierie sont utilisées pour fabriquer des semi-conducteurs, panneaux solaires, satellite, emballages alimentaires, additifs alimentaires, piles, des battes de baseball, produits de beauté, crème solaire et d'innombrables autres produits. Ils sont également très prometteurs pour les applications biomédicales, tels que les systèmes d'administration de médicaments anticancéreux.

Concevoir et étudier des matériaux à l'échelle nanométrique n'est pas une mince affaire. La plupart des chercheurs universitaires les produisent en laboratoire pour se rapprocher de ceux utilisés dans l'industrie. Mais pour cette étude, Cabot Microelectronics a fourni des suspensions de nanoparticules modifiées aux chercheurs.

"Moins quelques ingrédients exclusifs, nos boues étaient exactement les mêmes que celles utilisées par des sociétés comme Intel et IBM, ", a déclaré Sierra. Les deux sociétés ont collaboré à l'étude.

Les ingénieurs ont analysé la physique, caractéristiques chimiques et biologiques de quatre nanomatériaux d'oxyde métallique—ceria, alumine, et deux formes de silice - couramment utilisées dans les suspensions de planarisation chimico-mécanique pour la fabrication de semi-conducteurs.

Fabrication propre

La planarisation chimico-mécanique est le processus utilisé pour graver et polir les plaquettes de silicium afin qu'elles soient lisses et plates afin que les centaines de puces de silicium attachées à leurs surfaces produisent des circuits fonctionnant correctement. Même la rayure la plus infinitésimale sur une plaquette peut faire des ravages sur les circuits.

Quand leur travail est terminé, des nanoparticules artificielles sont rejetées dans les installations de traitement des eaux usées. Les nanoparticules manufacturées ne sont pas réglementées, et leur prévalence dans l'environnement est mal comprise.

Des chercheurs de l'UA et du monde entier étudient les effets potentiels de ces matériaux minuscules et complexes sur la santé humaine et l'environnement.

"L'une des rares choses dont nous sommes sûrs à propos des nanoparticules manufacturées est qu'elles se comportent très différemment des autres matériaux, " dit Sierra. " Par exemple, ils ont une surface beaucoup plus grande par rapport à leur volume, ce qui peut les rendre plus réactifs. Nous ne savons pas si cette plus grande réactivité se traduit par une toxicité accrue."

Les chercheurs ont exposé les quatre nanoparticules, suspendu dans des boues séparées, aux cellules épithéliales basales alvéolaires humaines d'adénocarcinome à des doses allant jusqu'à 2, 000 milligrammes par litre pendant 24 à 38 heures, et aux cellules de bactéries marines, Aliivibrio fischeri, jusqu'à 1, 300 milligrammes par litre pendant environ 30 minutes.

Ces concentrations sont beaucoup plus élevées que ce à quoi on pourrait s'attendre dans l'environnement, dit Sierra.

En utilisant diverses techniques, y compris les essais biologiques de toxicité, microscopie électronique, spectrométrie de masse et diffusion laser, pour mesurer des facteurs tels que la taille des particules, surface et composition des particules, les chercheurs ont déterminé que les quatre nanoparticules présentaient un faible risque pour les cellules humaines et bactériennes.

"Ces nanoparticules n'ont montré aucun effet indésirable sur les cellules humaines ou les bactéries, même à des concentrations très élevées, ", a déclaré Sierra. "Les cellules ont montré le même comportement que les cellules qui n'ont pas été exposées aux nanoparticules."

Les auteurs ont recommandé d'autres études pour caractériser les effets nocifs potentiels à des expositions plus longues et à des concentrations plus élevées.

"Pensez à un poisson dans un ruisseau où sont déversées des eaux usées contenant des nanoparticules, ", a déclaré Sierra. "L'exposition aux nanoparticules pourrait être beaucoup plus longue."