Esposizione per via aerea, contaminazione cutanea e assorbimento attraverso la pelle di arsenuro di gallio e altri metalli in dimensioni nanometriche.

This research project assessed occupational exposure to Gallium Arsenide (GaAs) nanoparticles (NPs) and investigated the transdermal absorption risk of GaAs NPs and Cadmium Sulfide (CdS) Quantum Dots (QDs) via ex-vivo Franz diffusion cells. Initial monitoring revealed an overall average airborne GaAs nanoparticle concentration of 1045 np/cm³ during active operations, but transient peaks reached 88883 particles/cm³ during mechanical wafer cutting. Weekly average airborne concentrations were measured at 118.07 ng/m³ for Gallium (Ga) and 44.58 ng/m³ for Arsenic (As). Significant surface contamination was detected, peaking inside fume hoods (Ga max: 3308 ng/cm²). Biological monitoring showed average urinary arsenic (19.5 µg/L) exceeded the non-occupational reference range (2.0–15 µg/L). A subsequent monitoring campaign, following the implementation of enhanced cleaning and rigorous Personal Protective Equipment (PPE) protocols, demonstrated high effectiveness: dermal arsenic and gallium concentrations dropped by 95% and over 99.8%, respectively, confirming the success of administrative and engineering controls. The ex-vivo studies further quantified dermal hazard. For GaAs, intact human skin proved to be a highly effective barrier, demonstrating very low permeation for both Ga and As. In stark contrast, mechanically damaged skin significantly enhanced absorption. After 24 hours, arsenic concentrations in the receptor compartment were thirty-eight times higher in damaged skin (1558 ± 546 ng/cm²) compared to intact skin (41 ± 33.4 ng/cm²) (p < 0.05). Gallium concentrations similarly increased, being fifteen times higher in damaged skin (244 ± 5.29 ng/cm²) than in intact skin (16.3 ± 1.56 ng/cm²) (p < 0.05). Similarly, CdS QD studies confirmed skin integrity is fundamental, showing minimal permeation through intact skin but significant, size-dependent absorption through damaged skin. Intact skin showed minimal Cd absorption: 4.07 µg/cm² (3.4 nm), 13.67 µg/cm² (5.8 nm), and 4.56 µg/cm² (6.7 nm) in receptor fluid. Damaged skin showed significantly higher uptake: 302.87 µg/cm² (3.4 nm), 121.56 µg/cm² (5.8 nm), and 11.34 µg/cm² (6.7 nm), confirming that skin integrity critically limits nanoparticle penetration and systemic exposure.

Questo progetto di ricerca ha valutato l’esposizione professionale a nanoparticelle (NP) di arseniuro di gallio (GaAs) e ha indagato il rischio di assorbimento transdermico di NP di GaAs e di punti quantici (QD) di solfuro di cadmio (CdS) tramite studi ex-vivo con celle di diffusione Franz. Il monitoraggio iniziale ha rilevato una concentrazione media complessiva di nanoparticelle di GaAs nell’aria pari a 1045 np/cm³ durante le operazioni di laboratorio, con picchi transitori fino a 88883 particelle/cm³ durante il taglio meccanico dei wafer. Le concentrazioni medie settimanali di Ga e As nell’aria erano rispettivamente di 118,07 ng/m³ e 44,58 ng/m³. È stata rilevata una contaminazione superficiale significativa, con un picco all’interno delle cappe aspiranti (Ga max: 3308 ng/cm²). Il monitoraggio biologico ha mostrato che l’arsenico urinario medio (19,5 µg/L) superava l’intervallo di riferimento per soggetti non esposti (2,0–15 µg/L). Una successiva campagna di monitoraggio, dopo l’implementazione di protocolli di pulizia avanzati e l’uso rigoroso di dispositivi di protezione individuale (DPI), ha dimostrato un’elevata efficacia: le concentrazioni cutanee di arsenico e gallio sono diminuite rispettivamente del 95% e di oltre il 99,8%, confermando il successo delle misure amministrative e ingegneristiche adottate. Gli studi ex-vivo hanno ulteriormente quantificato il rischio cutaneo. Per il GaAs, la pelle umana intatta si è dimostrata una barriera altamente efficace, con una permeazione molto bassa sia per Ga che per As. Al contrario, la pelle meccanicamente danneggiata ha mostrato un assorbimento significativamente maggiore. Dopo 24 ore, le concentrazioni di arsenico nel compartimento ricevente erano 38 volte superiori nella pelle danneggiata (1558 ± 546 ng/cm²) rispetto a quella intatta (41 ± 33,4 ng/cm²) (p < 0,05). Anche le concentrazioni di gallio sono aumentate in modo simile, risultando 15 volte superiori nella pelle danneggiata (244 ± 5,29 ng/cm²) rispetto a quella intatta (16,3 ± 1,56 ng/cm²) (p < 0,05). Analogamente, gli studi sui QD di CdS hanno confermato che l’integrità cutanea è fondamentale: la pelle intatta ha mostrato una permeazione minima, mentre la pelle danneggiata ha evidenziato un assorbimento significativo e dipendente dalla dimensione. La pelle intatta ha assorbito quantità minime di Cd: 4,07 µg/cm² (3,4 nm), 13,67 µg/cm² (5,8 nm) e 4,56 µg/cm² (6,7 nm). La pelle danneggiata ha mostrato un assorbimento molto più elevato: 302,87 µg/cm² (3,4 nm), 121,56 µg/cm² (5,8 nm) e 11,34 µg/cm² (6,7 nm), confermando che l’integrità della pelle è un fattore critico nel limitare la penetrazione delle nanoparticelle e l’esposizione sistemica.