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1 한국산업보건학회지, 제26권제2호 (2016) ISSN X(Print) ISSN (Online) Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2): Review Article 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 최광민 * 삼성전자건강연구소 Size, Shape, and Crystal Structure-dependent Toxicity of Major Metal Oxide Particles Generated as Byproducts in Semiconductor Fabrication Facility Kwang-Min Choi * Samsung Health Research Institute, Samsung Electronics Co. Ltd. ABSTRACT Objectives: The purpose of this study is to review size, shape, and crystal structure-dependent toxicity of major metal oxide particles such as silicon dioxide, tungsten trioxide, aluminum oxide, and titanium dioxide as byproducts generated in semiconductor fabrication facility. Methods: To review the toxicity of major metal oxide particles, we used various reported research and review papers. The papers were searched by using websites such as Google Scholar and PubMed. Keyword search terms included SiO 2(or WO 3 or Al 2O 3 or TiO 2) toxicity, health effects SiO 2(or WO 3 or Al 2O 3 or TiO 2). Additional papers were identified in references cited in the searched papers. Results: In various cell lines and organs of human and animals, cytotoxicity, genotoxicity, hepatoxicity, fetotoxicity, neurotoxicity, and histopathological changes were induced by silicon dioxide, tungsten trioxide, aluminium oxide, and titanium dioxide particles. Differences in toxicity were dependent on the cell lines, organs, doses, as well as the chemical composition, size, surface area, shape, and crystal structure of the particles. However, the doses used in the reported papers were higher than the possible exposure level in general work environment. Oxidative stress induced by the metal oxide particles plays a significant role in the expression of toxicity. Conclusions: The results cannot guarantee human toxicity of the metal oxide particles, because there is still a lack of available information about health effects on humans. In addition, toxicological studies under the exposure conditions in the actual work environment are needed. Key words: aluminum oxide, process byproduct, semiconductor facility, silicon dioxide, titanium dioxide, tungsten trioxide I. 서론반도체제조설비들은대부분밀폐구조로되어있고, 공정에사용된화학물질은설비내배기시스템에의해제거되며, 저압 ( 진공 ) 조건에서진행되는주요공정에대해서는공정이진행된챔버 (chamber) 내부 는 in-situ 챔버세정을통해설비내반응잔여물을제거한다 (Ino et al., 1996; Ji et al., 2009). 그리고설비유지보수작업시에는국소배기시스템을가동함으로써화학물질의공기중확산, 교차오염등에의한공정불량을사전에방지하고있다. 하지만, 이러한설비내부오염제거시스템의활용에도불구하고, 공 *Corresponding author: Kwang-Min Choi, Tel: , k.m.choi@samsung.com Samsung Health Research Institute, Samsung Electronics Co. Ltd. 95, Samsung 2-ro, Giheung-gu, Yongin-si, Gyeonggi-do, , Korea Received: April 7, 2016, Revised: June 21, 2016, Accepted: June 24, 2016 This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 119

2 120 최광민 정에사용된화학물질및그부산물을설비내부로부터완전히제거하는것은불가능하기때문에, 설비유지보수작업시반도체공정에사용된화학물질및이들물질간의부반응에의해생성되는부산물의공기중노출및작업자흡입영향을고려해야한다 (Choi et al., 2015a). 반도체제조작업환경내존재가능한가장대표적인입자상부산물인실리카 (SiO 2) 는결정구조에따라결정형 (crystalline) 과비결정형 (amorphous) 으로분류된다. 결정형 SiO 2 의경우흡입시발암성및만성적폐질환을일으키며, 전통적공정에서의비결정형 SiO 2 는독성이낮은것으로알려져있다 (Bhaskar et al., 1989; Parks et al., 1999). 최근일부나노미터크기의 SiO 2 입자의독성이보고되고있으나, 아직까지독성영향이명확하지않다 (Napierska et al., 2010; Zhang et al., 2011). 한편, 입자크기및형상에따라서도흡입시독성이달라지는것으로보고되고있다 (Sayes et al., 2006; Yang et al., 2009). 따라서작업환경내에서의작업자건강증진및유지를위한사전예방원칙 (precautionary principle) 에기초해서설비유비보수작업시에설비챔버내부및주변공기중에존재하는입자상부산물의화학적조성, 크기, 형상, 결정구조등의물리화학적특성분석, 노출및흡 입에의한작업자건강영향에대한연구가중요하다. 지금까지의연구결과로부터반도체작업환경에서는입자상형태의공정부산물로서금속산화물이발생되고있는것으로확인되었다 (Choi et al., 2013; 2015b; 2015c). Table 1에나타낸바와같이대표적인부산물성분으로 Si, W, Al, Ti 등의금속이산소와함께검출됨에따라 silicon dioxide(sio 2), tungsten trioxide(wo 3), aluminum oxide(al 2O 3) 및 titanium dioxide(tio 2) 입자가작업환경내존재하는주요입자상물질일것으로추정할수있었다 (Choi et al., 2013; 2015b). 또한 SiO 2 및 WO 3 입자는주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM), 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscope, TEM) 및 X 선회절 (X-ray Diffraction, XRD) 분석에서크기, 형상, 결정구조등이밝혀졌다 (Choi et al., 2015b; 2015c). 따라서본연구에서는반도체가공공정을진행하는작업환경내주요공정의설비유지보수작업및정상공정진행시부산물로생성되는파우더및에어로졸형태의비결정형 SiO 2, WO 3, Al 2O 3 및 TiO 2 의입자크기, 형상, 결정구조등에따른독성문헌조사를통해작업현장에서근무하는작업자의질병예방및건강증진을위한자료로활용하고자하였다. Table 1. Chemicals used and powder byproducts chemical composition in the major semiconductor fabrication processes Process Detail step Chemicals used Chemical composition * Diffusion SiO 2 deposition SiH 2Cl 2, N 2O O, Si, (Cl) Photolithography PR coating PR (Resins + PAC ), [(CH 3) 3Si] 2NH, (CH 3) 4NOH, Thinner C, O, S Dry Etching Al Pad etching CF 4, CHF 3, SF 6, Ar, O 2, N 2 F, Al, S, (Ti) Ion Implantation Chemical Vapor Deposition Metallization Chemical Mechanical Polishing Wet Cleaning As, P, B doping SiO 2 deposition W deposition Ti/TiN deposition SiO 2 polishing W polishing Organics removal Oxides removal Particles removal AsH 3, PH 3, BF 3 PH 3, BF 3 SiH 4, NH 3, H 2, Ar, O 2, He Si(OC 2H 5) 4,O 3, NF 3, N 2 Si(OC 2H 5) 4, O 3, NF 3, N 2 WF 6, SiH 4, H 2, Ar, N 2, NF 3 TiCl 4, NH 3, ClF 3, Ar, N 2 SiO 2, CeO 2, NH 4OH, H 2O, Organic acid, KOH H 2SO 4, H 2O 2, H 2O NH 4F, HF, H 2O NH 4OH, H 2O 2, H 2O O, As, P O, P, (Fe) C, O, F, Al, (Ti) C, O, F, Al O, Si, (Cl) O, F, Al, W, Ti O, F, Mg, Al, Cl, Ti O, Si, (K) N, O, S O, F, Si, S N, O, F, W, (P), (Ti) * Elements in parentheses are minor components with low intensity from scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy, Components of powder collected from atmospheric pressure chemical vapor deposition equipment, PR ; photo resist, PAC ; photo active compound Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

3 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 121 Ⅱ. 연구방법 1. 문헌검색본연구는문헌고찰로수행되었다. SiO 2, WO 3, Al 2O 3 및 TiO 2 금속산화물입자의독성관련된국외논문은구글학술검색프로그램 ( google. co.kr/) 과미국 NIH(National Institute of Health) 와 NLM(National Library of Medicine) 에서제공하는 PubMed( 를이용하여찾았다. 검색기간은 2015년 11월10일부터 23일까지 2주간이었으며, 년까지발표된논문을대상으로고찰하였다. 검색주요어 (key word) 로서 Table 2. Studies on amorphous silicon dioxide particles toxicity Size (nm) , , 200 Exposure concentration (time) Cell line (animal model) 100 µg/ml(2-24h) Calu-3(Human) µg/ml(24-72h) HT29(Human) Toxicity Result Reference / / (+/+) (-/-) Mccarthy(2012) Gehrke(2012) µg/cm 2 (2-3hr) EAHY923(Human) Napierska(2009) µg/ml(24h) HT29, HaCaT, A549(Human) Mu(2012) µg/ml(24-72h) A549(Human) Lin(2006) µg/ml(24-72h) NCI-H41, ISO-HAS1, THP-1(Human) µg/ml(24h) HepG2(Human) Farcal(2012) Morphological transformation Li(2011) µg/ml(24h) HEK293(Human) Wang(2009) 21 48, mg/ml(24-48h) L-02(Human) Ye(2010a) µg/ml(3-24h) HepG2(Human) Sun(2011) µg/ml(3-72h) H1299(Human) / (+/-) Chu(2012) 50, µg/ml(24h) BEAS-2B(Human) / (+/+) Skuland(2014) 70-1, µg/ml(24h) HaCaT(Human) / (+/+) Nabeshi(2011) 80, µg/ml(10h) Dermal fibroblast(human) Zhang(2010) mg/kg(24h-14w) BAL(Mouse) Cho(2007) µg/ml(72h) BALB/3T3(Mouse) / Morphological transformation (-/-) Uboldi(2012) mg/ml(12-48h) H9c2(2-1)(Rat) Ye(2010b) µg/ml(6-24h) J774, embryo BALB/c 3T3 (Mouse) Rabolli(2012) mg/kg(6h) BLAB/c(Mouse) Lu(2013) µg/ml(24h) HEL-30(Mouse) Yu(2009) , , mg/kg(24h) BALB(Mouse) mg/mouse(24h) BALB/c(Pregnant Mouse) Hepatoxicity Hepatoxicity Fetotoxicity Fetotoxicity Nishimori(2009) Yamashita(2011) N/A µg/ml(0-48h) Hs578T(Human) Alexander(2012) N/A 4-40 µg/ml 3T3-L1(Mouse) Barnes(2008) N/A ; Not applicable, ; positive, ; negative Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

4 122 최광민 SiO 2(or WO 3, Al 2O 3, TiO 2) toxicity, health effects SiO 2(or WO 3, Al 2O 3, TiO 2) 를개별또는조합으로문헌을검색하였다. 1차적으로 105편의독성논문 (SiO 2: 41편, WO 3: 9편, Al 2O 3: 21편, TiO 2: 34편 ) 을검색 수집하였으며, 입자크기, 형상및결정구조와같은물리화학적특성이상세히기술되지않았거나, 전문을확보하지못하는논문을배제하여동물 ( 사람포함 ) 독성연구논문을중심으로최종 64편의논문 (SiO 2: 24편, WO 3: 8편, Al 2O 3: 11편, TiO 2: 21편 ) 을선정하여고찰하였다. WO 3 입자의독성내용은다른 3종류의입자와달리입자의물리화학적특성에따른독성내용이상세히기술되어있지않아표로정리하지않았다. 결정형 SiO 2 에대해서는 IARC Group 3(Not classifiable as to its carcinogenicity to humans, 인체발암물질로분류할수없음 ) 로분류하고있다. 이와같이비결정형 SiO 2 는종래까지거의독성이없는것으로알려져있었지만, 최근연구에서는높은투여량에서는독성을나타낼수있는것으로보고되고있으며특히, 나노크기의비결정형 SiO 2 입자가폐내염증성반응을일으킬수있다는연구사례가점점증가하고있다. 반도체 FAB 내에서확인되는 SiO 2 입자도비결정형을나타내는것으로확인됨에따라 (Choi et al., 2013; 2015b), 비결정형 SiO 2 입자의크기, 형상, 용량, 시간및대상세포종류등에따른독성사례검토결과를 Table 2에나타내었다. 2. 주요고찰내용 SiO 2, WO 3, Al 2O 3 및 TiO 2 금속산화물입자의물리화학적특성특히화학적조성, 크기, 형상및결정구조에따라발현되는다양한독성영향을중심으로고찰하였다. 나노미터크기의입자독성에대해관심이높아짐에따라이에대한연구가활발히보고되고있는만큼 100 nm 이하입자를이용한사람과동물의 in vitro 및 in vivo 실험의주요연구결과를정리하였다. 또한, 금속산화물입자별독성이나타나는투여 ( 노출 ) 농도및독성발현메커니즘에대해서도고찰하였다. Ⅲ. 입자별독성 1. SiO 2 입자 SiO 2 는결정구조에따라결정형 (crystalline) 과비결정형 (amorphous) 으로분류되는데, 결정형 SiO 2 의경우흡입시발암성및만성적폐질환을일으킬수있는데반해, 비결정형 SiO 2 는폐에영향을거의미치지않는물질로알려져있다 (Bhaskar et al., 1994; Parks et al., 1999; Johnston et al., 2000). 따라서미국정부산업위생협의회 (American Conference of Governmental Industrial Hygienists, ACGIH) 및국제암연구소 (International Agency for Research on Cancer, IARC) 에서는결정형 SiO 2 에대해각각 A2(Suspected human carcinogen: 인체발암의심물질 ) 및 Group 1(Carcinogenic to humans) 으로분류하였다 (ACGIH, 2008; IARC, 2012). 한편비 1) 입경및표면적효과 McCarthy et al.(2012) 은비결정형 10 nm SiO 2 입자를사람의기관지상피세포 (human bronchial epithelial cell) Calu-3에노출시켰을때세포생존능력감소, 활성산소종 (reactive oxygen species, ROS) 증가, 염증성유전자발현등의독성이나타났으며 LC50은 24시간노출후 9.7 µg/m 3 이었다. 한편, 150 nm 및 500 nm SiO 2 입자는 Calu-3 세포에있어서독성효과를나타내지않았다. Gehrke et al.(2012) 은 12, 40 및 200 nm SiO 2 입자가사람의결장암세포 (human colon carcinoma cell) HT29에세포독성을일으키며, 입자크기에따른독성차이가있음을보고하였다. 12 nm 입자의경우 24시간후세포성장자극이확인된반면, 40 및 200 nm 입자에서는 72시간노출후에도세포성장관련어떠한효과도나타나지않았다. DNA 보존성조사결과로부터중요한산화적 DNA 손상은나타나지않았다고보고하였으며 ROS 유도신호가없었기때문에세포 GHS 레벨의변화는산화스트레스의생성과는관계가없을것으로판단하였다. Napierska et al.(2009) 은 14 및 16 nm 크기의 SiO 2 입자에노출된사람의내피세포 (human endothelial cell) EAHY923에서생체내조직세포의괴사에의한세포사멸 (apoptosis) 이빠르게일어난다고보고하였다. 반면에 104 및 335 nm 크기의입자에서는나노크기의입자에비해아주낮은세포독성을나타낸것으로부터표면적이 SiO 2 입자의독성결정에중요 Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

5 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 123 한인자라고추정하였다. 또한, 비결정형 SiO 2 입자를이용한대부분의 in vitro 연구에서세포흡수, 입자크기및용량의존적인세포독성을나타내며, ROS 레벨과전염증성자극이증가한다고보고하였다. 그리고제한적인 In vivo 연구에서는대체로가역적인폐염증, 육아종형성그리고폐기종이발현되지만폐섬유화로진행되지는않는다고하였다 (Napierska et al., 2010). Mu et al.(2012) 은 14 nm SiO 2 입자의세포독성, 예를들면세포생존능력감소현상이입자농도 1 µg/ml에서나타났으나, DNA 손상은 0.1 µg/ml 이상에서관찰된다고보고하였다. 흡수메커니즘으로사람의폐포성암종세포 (human lung alveolar carcinoma cell) 인 A549가혈청 (serum) 단백질없이 SiO 2 입자에노출되었을때는입자가직접적으로세포질로흡수된다는결과로부터지질막과의부착반응은 SiO 2 입자가세포내에수동적으로이동될수있다고제시하였다. 그러나나노크기의 SiO 2 입자는환경노출수준에서사람건강에는중요한영향을나타내지는않을것으로추정하였다. Lin et al.(2006) 과 Wang et al.(2009) 은 nm SiO 2 입자를 µg/ml 농도로사람의기관지폐포암종-유도세포 (human bronchioalveolar carcinoma- induced cell) A549와사람의태아신장세포 (human embryonic kidney cell) HEK293에각각노출시켰을때용량의존성을갖는세포독성, ROS 증가및 GHS 감소가관찰되었으며이는산화스트레스 (oxidative stress) 의증가와관련이있다고보고하였다. 특히산화스트레스가사람의태아신장세포에있어서 SiO 2 의독성에중요한역할을하며 50 nm 입자에비해서 20 nm 입자가세포내 ROS 생성을더잘시킨다고보고하였다. 더구나, 세포생존능력감소와 ROS 증가는강한상관관계를갖고있음을관찰하였다. Farcal et al.(2012) 은 nm SiO 2 입자를사람폐포장애세포 (human alveolar barrier cell) NCI-H441 에노출시켜사이토카인 (cytokine) 생성, 산화스트레스유도, 표면단백질 A mrna 발현효과분석을수행하였다. SiO 2 입자에노출된 NCI-H441에서 TNF-α 및 IL-8가높게발현하여전염증성반응이야기되는것으로관찰되었다. 산화스트레스는 SiO 2 입자에의해생성되는 ROS로유도되는독성메커니즘에관계 가있다고보고하였다. Li et al.(2011) 은 19, 43, 68 및 498 nm SiO 2 입자를이용하여 HePG2 세포의형태학적변화, 세포생존능력, 세포내 ROS 분석, HepG2 세포막및 DNA손상, 세포사멸등에대해확인한결과, 입자크기에크게의존하는세포독성및 HepG2의형태학적변화를관찰하였다. Ye et al.(2010a) 은 21 nm SiO 2 입자를사람의간세포 (human hepatic cell) L-02에노출시켰을때 ROS-mediated 산화스트레스에의해세포사멸을야기했다고보고하였다. SiO 2 입자크기가작을수록, 농도가높을수록, 노출시간이증가할수록세포생존능력감소현상이나타남에따라세포독성이더큰것으로관찰되었는데, 구체적으로 21 nm SiO 2 입자는 L-02 내세포독성을나타내지만, 48 및 86 nm 입자는독성을나타내지않았다. 또한, 21 nm 와 48 nm SiO 2 입자를 24h 동안 rat 배아심실심근세포 (embryonic ventricular myocardial cell) 인 H9c2(2-1) 의 CC50 에노출 ( mg/ml) 시킨결과, 21 nm 입자가 48 nm 입자대비세포독성이더강하다는것을관찰하였다. 세포생존능력감소는시간과용량의존성을나타내었으며세포손상은산화스트레스발현에의해발생된다고제시하였다 (Ye et al., 2010b). Sun et al.(2011) 은 43 nm SiO 2 입자가사람의간종양세포 (human hepatoma cell) HepG2 내산화스트레스를유도하여세포독성을발현하며용량의존성을나타낸다고보고하였다. ROS 생성이많아지면미토콘드리아막이잠정적으로감소하고미토콘드리아경로를통해세포사멸을일으킬수있다고하였다. Chu et al.(2012) 은결정형및비결정형 SiO 2 가사람폐암종세포 (human lung carcinoma cell) H1299에대해서세포이물흡수과정을통해세포내로침투한다고보고하였다. 비결정형 SiO 2 는막결합세포기관내에존재하는반면, 결정형 SiO 2 는어떠한피막형성없이세포질내에대부분존재하고있음이관찰되었다. 미토콘드리아양증식 ( 세포손상의발현을의미 ) 는비결정형 SiO 2 대비결정형 SiO 2 를처리한세포에서 2.5배증가하는것이확인되었으며, 세포내 ROS 레벨증가로이어졌다. 또한 DNA 분열로인해결국직접적인세포사멸에이르게하였다. 그러나비결정형 SiO 2 에서는세포내유전독성효과는없다고보고하였다. Skuland et al.(2014) 은 50 nm 및 500 nm Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

6 124 최광민 SiO 2 입자를사용하여입경및표면적효과에대해연구하였다. 사람의기관지상피폐세포 (human bronchial epithelial cell) 인 BEAS-2B 내사이토카인 (cytokine) 반응확인결과, mass 기준에서는 50 nm SiO 2 입자의경우 cytokine 반응이더강하였다. 반면에, 유사한표면적농도로노출시켰을경우 500 nm SiO 2 입자가더강하게나타났다. 이는집합 (agglomeration)/ 응집 (aggregation) 과침적 (sedimentation) 특성에기인된것으로추정하였으며, 입자반응성또는세포내입자흡수차이에대한영향을배제할수는없다고보고하였다. Nabeshi et al.(2011a) 은 BALB/c mouse를대상으로 SiO 2 의피부흡수, 세포성국한 (cellular localization), 세포독성을조사했으며, 70 nm SiO 2 입자는피부막투과에의해전신노출되어돌연변이활성화를일으킨다고보고하였다. 또한, 나노크기의 SiO 2 입자는사람의케라티노사이트 (human keratinocyte: 켈틴생성세포 ) 인 HaCaT 내에서 ROS 생성및 DNA 손상을일으켜세포이물흡수 (endocytosis) 를유발시켰다 (Nabeshi et al. 2011b). 70 nm SiO 2 입자의경우 ROS 증대, DNA 손상이확인되었으며, 입자가커질수록 (300 nm 및 1000 nm) 반응성은감소되는것으로나타났다. Zhang et al.(2010) 은비결정형 80 nm SiO 2 입자가사람의피부섬유아세포 (human deramal fibroblast) 의생존능력감소및미토콘드리아전위감소를일으키며 cell adhesion 및 cell migration은 SiO 2 투여농도 (dose) 에크게영향을받는다고보고하였다. 80 nm SiO 2 입자 50 µg/ml 및 100 µg/ml 용량에서세포생존능력이각각 control group 대비 83.9 % 및 73.9 % 수준으로감소하였다. 반면에 500 nm SiO 2 의경우매우약한세포독성을나타냈다 (200 µg/ml 농도에서 91.4% 수준을나타냄 _control group 과큰차이가없음 ). 본연구결과와같이나노크기의 SiO 2 입자가세포생존능력면에서사람의섬유아세포에악영향을유발시킨다는것은 15 nm SiO 2 입자가내피세포에심각한세포독성을일으킨다는 Napierska et al.(2009) 의연구결과와일치한다. Cho et al.(2007) 은 14 nm SiO 2 입자를기관내주사 (intratracheal injection) 한경우폐조직내에서 IL-1β 및 IL-8 mrna 레벨이초기단계에서각각 66배및 10배상승하였지만, 주사후 1주일만에 control level 로회복됨을관찰하였다. Uboldi et al.(2012) 은 nm SiO 2 입자를 µg/ml 농도로 BALB/ 3T3 mice 섬유아세포 (fibroblasts) 에노출시켰을때세포에는내재하지만, 세포독성, 유전독성및형태학적변화를야기하지않는다고보고하였다. 한편, Rabolli et al.(2011) 은 25 nm SiO 2 입자의세포독성이응집 (180 nm, small aggregated에한함 ) 에의한것이아니라표면적에기인된다고보고하였다. Mouse 대식세포 (macrophage) J774 및 BALB/c 3T3 mouse 섬유아세포 (fibroblast) 의 ED50은각각 6-9 µg/ml 및 µg/ml이었으며, 이는 SiO 2 입자의비표면적과일치하는것으로확인되었다. 일반적으로나노크기입자의응집상태는입자의독성활성에대한평가에서중요한요소이다. 따라서실험계에서입자분산을증가시키거나또는응집을감소시키기위해노력하고있지만응집상태에대한영향이크지않다는연구결과가지속적으로발표되고있다. Lu et al.(2013) 은 30, 70, 300 nm의모든 SiO 2 입자에서 BALB/c mice 간에대한급성염증이발현된다고보고하였다. In vivo imaging에서정맥주사한 SiO 2 입자는간, 비장, 소화관에서주로나타나는것으로관찰되었으며, SiO 2 입자는염증과산화스트레스로미토콘드리아기능장애를유발하여결국호중구매개간손상 (neutrophil-mediated liver injury) 에의한간세포탈저 (hepatocyte necrosis) 를일으키고간에서활성화된세포반응경로는입자용량에독립적으로영향을받는다는것을확인하였다. 세포반응경로활성은입자크기가동일할때우선적으로입자용량에의존하거나, 나노또는 submicron 크기의 SiO 2 입자가주사되는경우입자크기, 표면적및입자수에의존한다는것이관찰되었다. Yu et al.(2009) 은다양한입경 (30, 48, 118, 535 nm) 별 SiO 2 입자의 mice HEL-30( 케라티노사이트 : 켈틴생성세포 ) 세포에대한세포독성및생화학적변화를관찰하였는데, SiO 2 입자는세포질 (cytoplasm) 내에분포하고있으며, LDH leakage가용량및크기 (30 nm 및 48 nm) 의존성을가지는것으로관찰되었다. 미토콘드리아생존능력분석에서는 30 nm 및 48 nm 입자가 115 nm 및 535 nm 입자에비해 100 µg/ml 농도에서독성이강한것으로나타났다. 최종적으로 100 nm 미만의 SiO 2 입자는입경이생물학적 Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

7 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 125 영향을발현하는데중요한인자임을제시하였다. 또한 Nishimori et al.(2009) 도입자크기및용량의존성이있는 mouse 간독성 (hepatoxicity) 효과에대해서보고하였다. 입경별 100 mg/kg 농도에서의간급성독성조사결과, 70 nm SiO 2 입자를경구투여했을경우 50 mg/kg과 100 mg/kg 농도에서빈번히사망했으나, 300 nm 및 1000 nm 입자의경우생존했으며간, 비장, 폐, 신장등에독성을나타내지않는것으로관찰되었다. 70 nm SiO 2 입자의경우 30 mg/kg 농도를투여했을경우비장, 신장및폐에이상증상은나타나지않았으나, 간내혈구의퇴행성괴사 (degenerative necrosis) 가확인되었는데이는 70 nm SiO 2 입자가간에독성이있음을시사한다. 또한 70 nm 입자를투여한만성독성실험결과, 간섬유화를야기했는데나노크기입자의간독성에있어서표면적이중요한인자임을알수있다. 한편 300 nm SiO 2 입자의투여용량 100 mg/kg은표면적으로환산하면 70 nm SiO 2 입자의약 30 mg/kg에해당하며, 이용량에서는독성을나타내지않았는데나노크기입자의간독성에있어서표면적이중요한인자임을알수있다. Yamashita et al.(2011) 은 70 nm SiO 2 및 35 nm TiO 2(rutile-type) 입자 mg이투여된임신중인 BALB/c mice의태반, 태아간, 태아뇌에서이들입자가발견되었으며, 이들입자에주사된 mice는다른비노출 mice 대비자궁및태아가더작은것으로관찰됨에따라이들입자에의한임신합병증 (pregnancy complications) 을일으킬수있다고보고하였다. 하지만 300 nm 및 1000 nm SiO 2 입자에서는이러한합병증을일으키지않는다고하였다. 2) 형상효과 Alexander et al.(2012) 은 nanowire 형태의 SiO 2 입자가 50 µg/ml 이상의농도에서는사람유방암세포 (human breast cancer cell) Hs578T에세포독성을나타내며, 세포내존재하는 nanowire의높은수가기계적장애을유발하여세포사멸이일어난다고보고하였다. 한편, Barnes et al.(2008) 은나노크기의 SiO 2 입자가 4-40 µg/ml 용량범위내에서섬유세포유사형태학 (fibroblast-like morphology) 을가지는 mouse 3T3- L1 세포에유전독성을나타내지않는다고보고 하였다. 2. WO 3 입자 SiO 2, Al 2O 3, TiO 2 등다른 3종의금속산화물대비 WO3 입자의독성에관한연구사례가많지않았다. WO3 입자의경우형상 ( 섬유형및구형 ) 및용량에따른독성연구만이보고되어있는것으로확인되었다. 입자크기및결정구조등에대한연구사례는없는것으로나타났으며, 일반적으로 WO 3 입자를흡입하게되면폐자극성이나타난다고알려져있으며, 본조사에서도대부분폐독성에대한연구로확인되었다. 한편발암성관련하여 IARC 및 ACGIH 에서는현재까지분류물질에서제외되어있다. 현재까지보고된 WO 3 입자독성은다음과같다. Leanderson & Sahle(1995) 는섬유형 WO 3 입자를이용하여배양된사람폐세포 (human lung cell) 의독성과용혈활성 (hemolytic activity) 에대해청석면과비교분석하였다. 사람폐세포에 200 µg/cm 2 의노출농도조건에서는 WO 3 입자가청석면에비해세포독성은더강하지만적혈구내용혈 ( 혈액속의적혈구가파괴되어헤모글로빈이유출되는현상 ) 활성은낮은것으로나타났으며 ( 청석면대비약1/5수준 ), 독성은폐섬유화의발현에잠재적으로기여할수있는 hydroxyl radical 생성량에의존한다고보고하였다. 따라서섬유형의 WO 3 입자노출로인해중금속근로자에게서진폐증발병이증가할수있으므로산업현장에서의노출을간과할수없다고기술하였다. 한편 Wang et al.(1994) 은 WO 3 입자가 rat에게폐섬유화를발현시키지않는다고보고하였으나, Keith et al.(2007) 은 mild한폐섬유화를발현시킨다고보고하였다. White rat을대상으로식염수 0.5 ml내 50 mg WO 3 를단일의기관내주입했을때 4, 6, 8 개월후사망하는것으로확인되었다. 병리조직학적변화는폐에제한적이었으며, 특히입자가축적되는곳에서는경섬유증이발현되었다. 또한젊은 rat을대상으로 3.96 % 텅스텐 (W) 에해당하는텅스텐산화물을 70일간경구투여했을때, 심각한독성이나타났는데초기체중이줄면서 10일내에사망하였다. 0.5% 텅스텐에해당하는텅스텐산화물을주입한경우 rat 의 3/4이죽었다 (Nordberg et al., 2011). Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

8 126 최광민 WO 3 입자를 rat에기도투여하여특정표적장기전신독성 ( 단회폭로 ) 실험결과, 특히폐의주입부위에백혈구와조직구의증식및경섬유화가확인되었다. 70일간반복투여의경우 0.5%(90일환산용량 : 약 194 mg/kg) 이상에서사망하는것으로관찰되었지만, 저용량 (0.1%) 에서의소견은체중저하의기록만이있다. 장기근로이력이있는노동자를대상으로한조사에서는텅스텐또는그불용물질에노출된사람에게서진폐의발병은없었다고보고되어있다 (ACGIH, 2001). 한편 WO 3 입자를포함하는분진에노출된노동자에게서폐섬유증의특징이나타났다 (ATSDR 2005). Hasegawa et al.(2012) 은 WO 3 의변이원성은 5종의박테리아계통을사용하는에임스검사법 (Ames test_ 돌연변이유발성측정에의한발암성물질검출시험 ) 으로조사되었으며, WO 3 입자의다변성은 v-haras-transfected BALB/c 3T3 세포 (Bhas 42 cells) 를사용하는세포-변형분석법에의해확인되었다. 나노 크기의 WO 3 입자는 TA98( 균주 _strain: 순수하게분리하여배양한세균이나균류 ) 에서 positive 돌연변이반응을나타냈으나, 마이크로크기의 WO 3 입자에서는어떠한변형도나타나지않았다. 다변성은입자의크기가아니라화학적조성에기인한다고할수있지만, WO 3 입자에의한변이원성 ( 돌연변이 ) 은입자크기에의존한다고하였다. Laulicht et al.(2014) 은 WO 3 입자의사람의기관지상피세포 (human bronchiolar epithelial cell) Beas-2B에노출시세포독성및발암가능성에대해조사하였다. 6주노출후세균배양액 (agar) 당평균 8개의집락 (colony) 을보였고, 더낮은용량 ( µg/cm 2 ) 에서평균 25개집락을보였으며, 더높은용량 ( µg/cm 2 ) 에서는 30-75개집락을형성했다. 따라서 Beas-2B 세포에 WO 3 입자를만성적으로노출시킬경우세포내변형을유발하기때문에흡입된 WO 3 입자는폐자극뿐만아니라, 높은농도에서는폐발암가능성이있다고하였다. Table 3. Studies on aluminum oxide particles toxicity Size (nm) N/A N/A N/A 30, 40 bulk 30, 40 bulk < 100 nm Exposure concentration(time) µg/ml (0-40h) µg/ml (1-72h) mg/ml (48h) µg/ml (24h) N/A µg/ml (24h) 100 µg/ml (24h) N/A 500-2,000 mg/kg (3-14days) 500-2,000 mg/kg (18-30h) 1-50 mg/kg (30-60days) N/A ; Not applicable, ; positive, ; negative Cell line (animal model) Human umbilical vein endothelial cell, Porcine arterial endothelial cell A549 (Human) HFL1 (Human) A549, U937 (Human) HBMEC(Human) Oral treatment(rat) BJ(Human), L929(Murine) Human lymphocyte Human lung epithelial cell, A549, L-132(Human) Oral treatment (Wistar rat) Peripheral blood cell (Wistar rat) ED1, GFAP, Nestin (Sprague-Dawley rat) Toxicity Result Reference Morphological transformation Hepatoxicity Hepatoxicity Neurotoxicity Oesterling (2008) Simon-Deckers (2008) Zhang (2011) Braydich-Stolle (2010) Chen (2008) Radzium (2011) Rajiy (2015) Kim (2010) Prabhakar (2012) Balasubramanyam (2009) Li (2009) Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

9 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 Al 2O 3 입자 Al 2O 3 는백색의분말로서육방정계 (hexagonal system) 의결정구조를가지며 IARC 및 ACGIH에서는발암성물질로분류하고있지않다. 반도체작업환경에서는 ETCH 공정및 METAL 공정에서발생가능성이높은것으로확인되며지금까지보고된 Al 2O 3 입자의독성을 Table 3에정리하였다. Oesterling et al.(2008) 은 nm Al 2O 3 입자가혈청포함매체내생리적 ph 7.4에서집합체 (agglomerates) 를나타내는경향이있으며, 사람의제대정맥혈관내피세포 (human umbilical vein endothelial cell) 에대한활성단핵세포의흡착력을증가시킨다고밝혔다. 이는나노크기의 Al 2O 3 입자가전염증성반응을이끌어내어동맥경화와같은심혈관질환위험을나타낼수있음을시사하고있다. 또한 Simon-Deckers et al.(2008) 은 13 nm Al 2O 3 입자 (serum media에서응집하여 nm를나타냄 ) 가 A549세포내로신속히침투하여세포질 (cytoplasm) 과세포소낭 (intracellular vesicle) 에분포할수있으며, 입자크기, 결정상및화학적조성에따라생물학적반응이상당히다르다고보고하였다. MTT (methyl thiazolyl tetrazolium) 세포독성분석결과로부터 Al 2O µg/ml을 48h 노출후세포사멸속도 (cell death rate) 는 3% 증가하는것으로나타났다. Zhang et al.(2011) 은구형의 13 nm ( 분산평균입경 186.8±5.6 nm) Al 2O 3 입자를사람의태아폐섬유아세포 (human fetal lung fibroblasts) HFL1에 48h 노출시켰을때의독성영향을조사하여 mg/ml 의농도영역에서세포미토콘드리아기능장애, 형상변형및세포사멸을확인하였으며, 용량의존성을나다고보고하였다. Braydich-Stolle et al.(2010) 은 32.7 nm Al 2O 3 입자 ( 혈청존재 media에서응집체형성시입경 : nm) 를이용하여폐세포 (pneumocyte) A549 및사람의폐포대식세포 (human alveolar macrophages) U937 내독성발현에대해관찰하였다. Al 2O 3 나노입자에의해면역세포의식세포능력이감소되고면역반응의변화가관찰됨에따라, Al 2O 3 입자가독성은낮지만사이토카인 (cytokine) 의분비를억제하여식세포에반응하는세포의자연적능력을변화시킨다고보고하였다. Chen et al.(2006) 은 Al 2O 3 나노입자를사람의뇌미세혈관내피세포 (human brain microvascular endothelial cells, HBMEC) 에처리한경 우 HBMEC 생존능력의급격한감소, 미토콘드리아전위변형, 세포산화증가및밀착연결단백질발현 (tight junction proteins) 이 control 나노입자에비해감소되었다고보고하였다. 또한 rats에 Al 2O 3 29 mg/kg을주입한결과, 뇌는밀착연결단백질발현을위해세포산화되었으며, claudin-5 및오클루딘 (occluding) 의심각한절단및붕괴 ( 분열 ) 가관찰되었다. 이러한결과로부터 Al 2O 3 입자에의해뇌맥관구조가영향을받을수있음을언급하였다. 한편, Al 2O 3 입자가독성을나타내지않는다는연구결과도보고되고있다. Radzium et al.(2011) 은구형의 nm( 평균응집체크기 nm) Al 2O 3 입자가생쥐섬유아세포 (murine fibroblast cell) L929 과정상적인사람피부섬유아세포 (normal human cell, skin fibroblasts) BJ 막을통과하지만, µg/ml 농도범위에서는통계적으로유의한수준의세포소멸증가또는세포생존력감소는관찰되지않는다고보고하였다 (p < 0.05). 따라서나노크기의 Al 2O 3 입자가포유류세포에대해서는세포독성을나타내지않는다고하였다. 그리고 Rajiy et al.(2015) 은 Al 2O 3 나노입자가 100 µg/ml 노출조건에서사람의임파세포 (human lymphocytes) 에대해염색체이상은관찰되지않았으며, 동일조건에서 SiO 2, Co 3O 4, Fe 2O 3 나노입자대비 DNA 손상이가장작다는것을확인하였다. 그리고 Kim et al.(2010) 은나노크기의 Al 2O 3 입자가 A549 및 L-132 세포에대해서세포증식및세포생존능력에악영향은거의나타내지않는다고보고하였다. 한편 Prabhakar et al.(2012) 은 wistar rats 내 30 nm 및 40 nm Al 2O 3 입자와 bulk Al 2O 3 입자를 mg/kg의농도로경구투여한경우, 나노크기의 Al 2O 3 입자는 bulk 입자에비해서심각한산화스트레스를야기시킨다고보고하였다. 한편병리조직학적시험에서는나노크기의 Al 2O 3 입자가 2000 mg/kg의농도에서간손상만을나타냈다. 이연구에서는 OECD guideline(2001) 에따른 rat 내나노크기의 Al 2O 3 입자의경구독성을평가하기위해농도 ( mg/kg) 가실제노출가능한농도보다는상당히높았다. Balasubramanyam et al.(2009) 은 30 nm 및 40 nm Al 2O 3 입자의경우 ( 농도 : 1000, 2000 mg/kg) wistar rats의말초혈액세포 (peripheral blood Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

10 128 최광민 cell) 내에서 tail DNA가유의하게증가하나 bulk Al 2O 3 는 control value와유의한차이가없음을확인하였다. Al 2O 3 입자의입경의존성은 rats의다른조직, 소변, 배설물에서도관찰되었다. 따라서나노크기의 Al 2O 3 입자는유전독성 ( 유전적손상및장해 ) 을일으킬수있는것으로추정하였다. Li et al.(2009) 은 Al 2O 3 입자의 Sprague-Dawley rats 복강내주사 (intraperitoneal injection) 를통해피질 (cortex) 과해마 (hippocampus) 내대상세포수의변화를관찰하였다. 노출 60일경과후 rat 에서해마가아주높게나타났으며, 피질및해마내에서 ED1 세포의상당한축적이혈관주위공간에서관찰되었다. 또한 GFAP 및 nestin 발현이확인되었는데이는성상세포의활성화에기인한것으로추정되었다. 해마에위치해있는신경교질세포가피질내에위치해있는신경교질세포보다더민감하며, ED1과 GFAP는신경교질세포활성화에대한민감한식별표식세포이다. 따라서나노크기의 Al 2O 3 입자는 rat 뇌의선천면역계에잠재적인영향을가질수있다고보고하였다. 4. TiO 2 입자일반적으로 TiO 2 는타이타늄 (Titanium, Ti) 의산화물로, 결정구조에따라고온에서안정한 rutile형, 저온에서안정한 anatase형, 중간온도에서안정한 brukite형으로분류된다. 전세계도료생산 volume의약 70% 를차지하고있으며 1차입자는직경 nm이나, 더큰응집체 (aggregates) 및집합체 (agglomerates) 를쉽게형성한다 (Baan et al., 2006). 초미세등급의 TiO 2(10-50nm) 는자외선차단제및촉매등으로이용된다. 다양한역학적코흐트연구가보고되고있지만아직까지는 TiO 2 가발암물질이라는증거가불충분하다. 한편, 도료등급의 TiO 2 및초미세 TiO 2 를 rats, mice, 그리고 hamsters에다양한경로로투여한경우, 흡입및기관내주사시에동물에게서는 TiO 2 의발암성이충분히증명됨에따라 IARC에서는 Group 2B(possibly carcinogenic to humans) 로분류하고있다 (Baan et al., 2006). 반도체 FAB 내에서존재할것으로추정 ( 현재까지충분한근거자료없음 ) 되는 TiO 2 입자의크기, 표면적, 형상, 용량, 시간별대상세포종류에대한독성사례검토결과를 Table 4에나타내었다. 1) 입경및표면적효과 Hackengerg et al.(2011) 은 nm TiO 2(anatase) 입자가사람말초혈액임파구 (human peripheral blood lymphocytes) 에 DNA 손상을일으키지않는다고보고하였다. TiO 2 는핵뿐만아니라세포질에도도달했으나말초혈액임파구내에서세포독성또는유전독성을유발하지는않았다. Singh et al.(2007) 은 nm TiO 2(anatase/rutle: 80/20) 가 A549 세포에대해산화스트레스및 IL-8 mrna 발현을유도하는등염증성반응을유발하며, nm TiO 2(anatase) 입자대비 A549 세포내세포이물흡수가신속하게이루어짐을관찰하였다. 이러한효과는 TiO 2 입자의특이적인표면적에의한입자와세포간의상호작용에의해생성되는산화스트레스에기인된다고제시하였다. Saquib et al.(2012) 은 30.6 nm TiO 2(rutile) 입자가사람양막상피세포 (human amnion epithelial cell) WISH 내세포독성, 산화스트레스 ( 생체내활성산소즉 ROS가많아져생체산화균형이무너진상태 ) 및 DNA 손상을야기하며, 이때농도의존성을나타내는데 10 µg/ml에서현저한촉매활성감소, 글루타티온레벨감소, 세포내 ROS 증가현상을관찰하였다. 배지내 TiO 2 입자는응집형태로존재하며주로세포흡수를통해세포내로들어간다. 한편, Karlsson et al.(2009) 도나노미터와마이크로미터크기의다양한금속산화물입자의독성에대한입경의존성에대해조사한결과나노크기의입자가마이크로크기입자보다동일조성의조건하에서항상독성이더강한것은아니라고보고하였다. Shukla et al.(2013) 은 nm 크기의 anatase 형 TiO 2 입자가저농도 (1 µg/ml) 조건에서미토콘드리아매개 (mitochondria-mediated) 경로를통해서사람간세포 (human liver cells) HepG2 내산화적 DNA 손상과세포사멸 (80 µg/ml(6h) 농도에서 90% 세포생존 ) 을야기한다고보고하였다. 그원인으로지질과산화물및 ROS 증가와동시에글루타티온레벨감소에기인되었다고추정할수있다. 또한 Iglesias et al.(2014) 은나노크기의 TiO 2(anatase) 입자가 rat과사람의신경교세포 (glial cell), 신경교종세포 (C6), 신경아종세포주 (U373) 에독성을나타낸다고보고하였다. TiO 2 입자는지질과산화물내매개변화에의해신경교세포내강한산화스트레스를야기했 Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

11 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 129 Table 4. Studies on titanium dioxide particles toxicity Titania form Size (nm) anatase rutile anatase rutile 30.6 rutile/anatase anatase anatase < 300 anatase 3 anatase 5 anatase 19, anatase 20, 250 anatase 25, 80 anatase 33, 160 anatase rutile anatase anatase anatase/rutile rutile N/A 200 x 35 > 5μm(short) > 15μm(long) anatase rutile,anatase < 5μm, < 25 anatase,rutile < 100, > 100 anatase/rutile rutile Exposure concentration(time) µg/ml (24h) µg/cm 3 (4h) µg/ml (24h) 40 µg/cm 2 (4h) 0-80 µg/ml (6-48h) 20 µg/cm 2 (2-24h) 0.4 mg/kg 4 mg/kg 62.5 mg/kg mg/kg (30 days) mg/kg (1day-1month) mg/m 3 (6h/day, 12w) 5 mg/kg (24-72h) 40-1,000 mg/kg (daily for 7days) 10 mg/m 3 (90 days) 5 mg/kg (24h-3months) 30 µg/murine (2-24h) 0.3-3,000 µg/ml (48h) 12.5 mg/kg(6h) 50 µg/ml(48h) µg/cm 2 (24-72h) N/A (24-72h) 1-5 mg/kg (24h-3months) N/A; Not applicable, ; positive, ; negative Cell line (animal model) Peripheral blood lymphocyte(human) A549 (Human) WISH (Human) A549 (Human) HepG2 (Human) Glial cells(human & Rat) U373(Human), C6(Rat) Inhalation (C57B1/6 Mouse) 80 CD-1(Mouse) BALF(Rat) Inhalation Fisher 344(Rat) Oral administration (Mouse) Oral administration (CBAB6F1 Mouse) Inhalation (Rat, Mouse, Hamster) Intratracheal instillation (Rat) Oral administration (C57BL/6 Murine) HDF(Human), A549(Human) Gut epithelia (Human, Mouse) Caco-2, Caco-2/HT29-MTX BEAS 2B(Human) Embryo cell (Syrian Hamster) Organ administration (Rat) Test type Result Reference Acute toxicity Acute toxicity Hepatoxicity Hepatoxicity Inflammation Inflammation Inflammatory response Acute toxicity Histopathological change / Tumorigenesis (Rat only) Acute lung toxicity Cathepsin activity / / / Inflammation/ / Histopathology / / / / Hackengerg (2010) Singh (2007) Saquib (2012) Karlsson (2009) Shukla (2013) Iglesias (2014) Grassian (2007) Duan (2010) Kobayashi (2009) Oberdörster (1994) Wang (2007) Sycheva (2011) Hext (2005) Warheit (2006) Hamilton (2009) Sayes (2006) Brun (2014) Falck (2009) Guichard (2012) Warheit (2007) 으며, 입자의형태학적변화, 미토콘드리아손상그리고미토콘드리아막전위증가가관찰됨에따라 TiO 2 입자가신경교세포에세포독성을나타내는것으로확인되었다. 한편, Grassian et al.(2007) 은 3 nm Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

12 130 최광민 TiO 2 입자의 mouse C57B1/6 폐주입시험에서는급성독성은 0.4 mg/kg에서는출현하지않고, 4 mg/kg 에서약한독성이확인되었다고보고하였다. Duan et al.(2010) 은 5 nm TiO 2 입자 (anatase) 를 mg/kg의농도조건에서 80 CD-1 mice의위내에 30 일간매일투여 (intragastric administration) 한결과, TiO 2 입자가고농도 ( mg/kg) 에서 mice 의간의 coefficients 증가, 간내조직병리학적변화등의간기능을손상시킨다고보고하였다. 이는지혈계 (haemostasis blood system) 및면역반응 (immune response) 손상과관계있을것으로추정되며, 저농도 (62.5 mg/kg) 에서는이러한손상을거의나타내지는않았다. 이러한현상은 Liu et al.(2009) 의연구결과와유사하다. 또한 Kobayashi et al.(2009) 은 rat을대상으로 19 nm, 28 nm, 176 nm의 TiO 2 를기관내주사 ( 용량 mg/kg) 후폐염증반응확인결과입자크기에따른독성차이를관찰하였다. 176 nm TiO 2 입자에서는폐염증이관찰되지않았으나, 주사 1 주일후 19 nm 및 28 nm TiO 2 입자에의한폐염증반응이관찰되었다. 즉입자크기에따른독성이확인되었으며이는입자표면적또는입자수에기인할수있다. 하지만, long term(>1 month) 효과에대해서는폐염증이두입자모두의경우급격히회복됨이관찰되었다 ( 입경에따른차이가없음 ). 하지만, 응집상태 ( 표면적 30배다름 ) 가다른입자에대해서는독성차이가관찰되지않았다. 즉급성독성은입자크기영향이나타나지만 1개월이상장기간관찰시효과는미미함을알수있다. Oberdörster et al.(1994) 은 20 nm와 250 nm TiO 2 입자를이용한 fisher 344(rat) 의흡입독성시험에서같은농도에서작은입자가폐에많이정체하고, 지질 (lipid) 을통과하여폐의림프절에도달한다는것을관찰하였다. 20 nm 입자가 250 nm 입자대비염증반응지표들의증가를보였으며, 폐의표피세포, 지질의섬유화및대식세포기능의변화를보여주었다. 또한 20 nm 입자의폐에서의제거는훨씬많은시간이소요되는것으로나타났다. Wang et al.(2007) 은 25 nm 및 80 nm TiO 2 를 mice에경구섭식시켰을때 5 mg/kg 의농도에서급성독성을야기했으며, 간, 비장, 신장및폐조직에남아있음이관찰되었지만비정상적인병리조직학적변화는확인되지않았다고 보고하였다. 이연구에서는나노크기의 TiO 2 입자가위장관내로섭취된후다른조직이나기관에이동될수있음을나타낸다. 한편, Sycheva et al.(2011) 은 male CBAB6F1 mice 를대상으로한경구섭식 (oral gavage) 투여방법에의해 TiO 2 입자의입경별 multiple-organ(brain, liver, bone marrow) 에서의유전독성및세포독성효과에대해조사했다. 160 nm TiO 2 입자는골수 (bone marrow) 세포내에서 DNA 손상과 micronuclei를야기시켰으며, 33 nm TiO 2 입자는골수및간세포내에서 DNA 손상을야기시켰다. 또한, 입경이다른 2 종의 TiO 2 입자는전위 (forestomach) 와대장상피 (colon epithe- lia), 2개및그이상의핵을갖는정자세포 (spermatid) 내분열지수를증가시키는것으로확인되었다. Hext et al.(2005) 은나노크기의 TiO 2 를 rat, mice, 그리고 hamster에고농도 (10 mg/m 3 ) 로 90 일동안흡입시켜 1년간관찰한결과, rat에서는조직병리학적손상이급격히진행되며폐내종량이확인되었으나 mice 및 hamster에서는노출후뚜렷한회복을가지면서최소한의초기손상만나타내며종양은확인되지않았으며, 폐부담 (lung burden) 에있어중량보다는표면적이더생물학적효과에관계가있다고하였다. 이연구에서저자는발암성반응은 rat에서의특이적현상일수있지만인체에잠재적인건강영향을일으킬수있다고보고하였다. 2) 형상효과 Warheit et al.(2006) 은 rat에대하여나노크기의 TiO 2 rods(wide nm, long nm) 와 dot( nm) 를이용해서기관내주사를통한급성폐독성연구를수행한결과, 독성은입자의크기및표면적에영향을받지않는다고보고하였다. TiO 2 는 5 mg/kg 용량에서 rat에게심각한폐독성을일으키지않았다. 일반적으로는나노입자는 bulk 입자에비해폐염증과세포독성증가를일으키는것으로알려져있으나, 이연구에서의결과는종래알려진내용과불일치한다. 원인은불명확하지만복합적인변수 ( 크기, 표면적, 결정형 ) 의작용에의한것일수도있을것이다. Hamilton et al.(2009) 은 murine C57BL/6 를대상으로 fiber형 TiO 2 입자 (short: > 5 µm, long : > 15 µm) 에폐포대식세포및생물학적활성 (in Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

13 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 131 vivo) 변화를관찰하였는데, fiber형 TiO 2 입자가염증성활성화 (inflammatory activation) 및카텝신 (cathepsin: 동물조직에있는단백질분해효소의총칭 ) B-mediated 메커니즘을통해염증성사이토카인 (cytokines) 의발현을야기시킨다고보고하였다. 3) 결정구조효과 Sayes et al.(2006) 은상대적으로높은수준의농도 (100 µg/ml) 인 anatase TiO 2 나노입자사람피부섬유아세포 (human dermal fibroblasts cell) 및폐상피세포 (human lung epithelial cell) 에대한세포독성과염증반응을관찰한결과, 세포반응에서는전형적인양성반응을보였으며시간경과와함께증가하였다. Anatase/rutile(80:20) TiO 2(3-5 nm) 는동일량의 rutile TiO 2(3.2 nm) 보다 100배독성이높은것으로나타났다. 여기서세포독성이높은 Anatase/rutile TiO 2 가 ROS를 6배많이생산했으며, Ex-vivo 실험에서 UV 에의해생성되는 ROS의생성과높은상관관계를보였다. 따라서 ROS가잘생성되도록디자인된 TiO 2 의독성이더클것으로추론된다. 이연구에서는물질의입경및표면적에따라반응을하는것이아니라 TiO 2 입자의위상성분 (phase composition) 에따라반응함을제시하였는데, Xue et al.(2010) 도 anatase형 TiO 2 입자가 rutile형 TiO 2 입자대비훨씬큰잠재적인독성을가진다고보고하였다. 또한 US EPA(2007) 에서는나노크기의 TiO 2 독성은입자의사이즈와표면적에관련이없고, 특이한결정구조및산화활성의능력이중요하다고보고하였다. Brun et al.(2014) 은 TiO 2 입자가응집체상태로정상적인회장 (ileum: 소장의마지막부위 ) 상피내벽을통해서이동하여상피손상을일으키고, 내장상피세포 (gut epithelia cell) 내에서용해되지않고지속되어결국만성손상을발현시킬수있다고보고하였다. 한편, Caco-2 세포를이용한연구에서는어떠한세포독성도관찰하지못했다. 이것은 TiO 2 입자의표면특성으로설명되어질수있는데, 이연구에사용된입자는혈청포함 medium(serum-containing medium), 즉단백질코팅집합체와음으로대전되었다. 나노크기의입자와세포막과의상호작용은표면특성에지배를받으며, 음으로대전된 (negativelycharged) 입자는 negatively-charged 세포막과정전기 척력 (electrostatic repulsion) 작용을받기쉽게되어세포막을갖는입자의작용은코팅된단백질에의해막수용체의특이적인식으로제한된다고할수있다 (Liang et al., 2010; Lesniak et al., 2012). 반대로 serum-free exposure medium 내에서준비했을때입자는세포막에강하게부착하며비특이적으로 (nonspecifically) 축적되었는데, 결과적으로 serum- containing medium 내에서준비될때입자의영향이낮다는것을알수있다. 한편이연구결과는고농도에서수행되었기때문에저농도에서의만성적노출모델에따른결과가필요할것이라고기술하고있다. Falck et al.(2009) 은사람의기관지내피세포 (human bronchial epithelial cell) BEAS 2B를대상으로 rutile 형 TiO 2(<5 µm) 와 anatase형 TiO 2(<25 nm) 의독성연구결과, rutile형 TiO 2 의경우나노크기의 anatase형 TiO 2 대비낮은농도에서세포생존능력이감소되어세포독성이더크게나타난다고보고하였다. 또한 2 종의 TiO 2 모두 DNA 손상을야기시켰으며 DNA 손상을일으키는가장낮은농도는 < 5 µm 크기의 rutile형이 1 µg/cm 2, < 25 nm 크기의 anatase형이 10 µg/cm 2 인것으로나타났다. Guichard et al.(2012) 은 Syrian hamster의배아 (embryo) 세포를대상으로한 in vitro 연구에서동일용량에서는나노크기의 TiO 2(anatase&rutile) 입자가마이크로크기의입자보다 ROS 레벨이높게나타난다고보고하였다. 하지만, rutile형마이크로크기의 TiO 2 입자는나노크기의입자보다심한 DNA 손상을유발한반면, anatase형의경우입자크기에관계없이유사한 DNA 손상을나타냈다. 따라서나노크기의 TiO 2 입자에의해유발되는 in vitro 세포독성과유전독성이마이크로크기의입자에의해유발되는독성보다항상크지는않다고보고하였다. 한편, Shi et al.(2013) 은정맥주사에의한노출상에서, TiO 2 나노입자는간, 비장, 신장및뇌에조직병리학적손상을야기할수있지만이와같은현상은매우높은용량의 TiO 2 를사용했기때문인것으로추정하였다. Warheit et al.(2007) 은 rat 기관내주사 (intratracheal instillation) 를통해 TiO 2 결정구조에따른독성을조사하였다. 폐염증, 세포독성, 세포증식및조직병리학적반응의순서는 anatase/rutile(80/20) TiO 2( 입경 nm) > rutile TiO 2( 입경 nm) = rutile Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

14 132 최광민 TiO 2(136.0 nm) = rutile TiO 2(149.4 nm) 로나타났다. Anatase/rutile TiO 2 가폐염증, 세포독성, 그리고폐조직에악영향을일으키는반면에, 3종의 rutile TiO 2 입자는 24시간, 5 mg/kg 노출시일시적염증을일으켰으나노출 1주일후회복되었다. 이연구에서는이러한독성차이를 TiO 2 의결정구조, 입자의 ph, 표면화학반응성과관계가있으며, 흡입된 rutile TiO 2 입자는폐영향을일으킬잠재성은낮을것으로예측하였다. 한편, 나노크기 TiO 2 의경우화학적조성이나결정구조에따라서도다른폐영향을나타낼수있기때문에 anatase/rutile TiO 2 의폐독성이모든나노크기 TiO 2 입자형태에있어서대표성을나타낸다고는볼수없다고하였다. IV. 독성발현농도및메커니즘 1. 독성발현농도 SiO 2 입자의경우 in vitro 및 in vitro 실험에서 SiO 2 입자기준 µg/ml 및 mg/kg의농도범위에서대상세포및기관별독성이각각발현되는것으로나타났다. 한편, WO 3 입자의경우독성연구사례가적지만 100 mg/ml 및 194 mg/kg(90 일환산용량 ) 에서실험대상동물 (rats) 이사망하는것으로나타났다. Al 2O 3 입자의경우 2000 mg/kg 농도에서만 rat의간손상만이발현되었다. 그리고 TiO 2 입자의경우 mg/kg 및 10 mg/m 3 농도에서급성독성및종양 (rats) 등이나타났다. 이와같이각입자로부터다양한독성이발현되는것으로보고되고있다. 하지만, 실험연구에서적용된용량 ( 농도 ) 은실제작업환경내에서는노출가능한수준과비교했을때극히높은수준이기때문에사람건강영향에대해활용가능한 data는여전히부족하다고할수있다 (Ref. 추가 ). 또한이들입자의위험성분석은사람을대상으로한노출과용량-반응분석에있어서불완전또는 data 부족으로제한적이다. 2. 독성발현메커니즘 1) 호흡기를통한입자의이동경로입자의호흡기를통한독성발현에있어서가장중요한요인중하나로흡입된입자의폐포도달가능성을들수있다. 기존의독성학적개념으로는폐를 통해노출되는입자의경우 5 µm 이상의입자는상기도, 1 µm 이하의입자는폐포까지침투하는것으로알려져있으나, 100 nm 이하의입자는호흡기전역에서조직을쉽게투과하여혈액을통해전체몸에분포함으로써백혈구를포함한혈액세포, 간, 심장, 혹은신경에축적되기때문에다양한표적장기에서유해효과를나타낼가능성이있다고알려져있다. 한편, 1 nm 입자는 90% 가코와상기도부위 (nasopharygeal region), 10% 가기도및기관지부위 (tracheabronchial region) 에침착 ( 폐포에는전혀도달하지못함 ), 5 nm 입자는세부분에약 30% 씩분포, 20 nm 입자는폐포에 50% 도달 ( 가장큰독성유발조건 ) 한다, 그러나, 20 nm 이하의크기를가진입자는확산성이매우커서주로기도부위에침착한다 (Kumar, 2006). 일반적으로폐포에도달된입자상물질은폐포대식세포에의해처리되고이는다시호흡기의점막과섬모에의한기계적배출기전 (mucociliary escalation) 에의해체외로배출된다. 대식세포가입자를처리하는속도는입자의크기에비례하는데, 입자가작을수록폐포대식세포에의해감지되어처리되는효율은감소되며, 반대로폐의상피세포나간질액에흡수되는비율은높아진다고알려져있다 (Oberdörster et al., 2005). 체내유입되어폐에침착된나노크기의입자는입자크기, 표면특성에따라폐외표적장기로도이동가능하다. 폐에침착된나노입자가혈류순환을통해전신으로이동되는과정이밝혀졌다 (Oberdörster et al., 2005). 한편, 흡입된공기중나노크기의입자는폐를통과하여폐외조직, 예를들면심장, 골수, 간, 신장, 그리고심지어중추신경계내에서도발견될수있다 (Krelying et al., 2002; Nemmar et al., 2004; Chen et al., 2006). 2) 세포독성및유전독성발현메커니즘 4종의주요금속산화물입자중 SiO 2 및 TiO 2 에대한독성메커니즘연구가가장많이알려져있어그주요내용을요약정리하였다. 비결정형 SiO 2 는결정형 SiO 2 대비폐내로부터다른기관으로빨리제거되기때문에독성을거의나타내지않는다고알려져있다 (Oberdorster et al., 2002; Nemmar et al., 2006). 한편, SiO 2 입자를이용한다양한 in vivo 및 in vitro 연구에서 ROS 및산화스트레스가증가한다고보고 Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

15 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 133 하고있다. 미토콘드리아는 SiO 2 입자의노출에의한세포독성에있어서주요한세포기관이다. 미토콘드리아손상은산화스트레스와입자의직접적손상과관련이있다. SiO 2 입자에의해유발된산화스트레스는미토콘드리아막손상과세포사멸에있어서중요한역할을하는데입자가세포내로들어가고세포질내에서분산되어미토콘드리아내부에침적하게된다. 산화스트레스에의해매개된미토콘드리아경로를통한세포사멸은 SiO 2 입자에의해야기된세포독성의메커니즘이다 (Wang et al., 2009). 또한, 기관지폐포암세포에대한독성연구에서는 SiO 2 입자에의해 MDA 및 LDH 활성이증가하게되고 GHS 감소, 지질과산화 (lipid oxidation) 되고세포막손상및세포생존력이감소되어산화스트레스가발생된다고하였다 (Lin et al., 2006). 폐에흡수된나노미터크기의입자에의해산화스트레스와염증반응이유발되는것에대해서는나노미터크기의입자가산화스트레스를유발하고그결과지질과산화물이나산화형글루타치온을생성한다. 세포내의산화환원평형이산화쪽으로변화하게되면다양한반응이일어나게되는데그중하나는염증반응의중요한조절물질인 NF-kB(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells, 유전자의발현을조절하는 transcription factor로, 핵으로이동하여 promoter나 enhancer 부위에결합함 ) 의활성화와이에의해조절되는많은염증관련단백질의합성이다 (Donaldson et al., 2003). ROS 생성레벨이세포의산화방지방어를압도한다든가, 미토콘드리아세포사멸메커니즘을유발할경우 ROS 생성이세포독성을유발할수있다 (Jin et al., 2011). 한편, 마이크로미터크기의 SiO 2 입자는세포내 ROS 레벨을급격히촉진시키지않았지만 DNA 손상, 세포주기정지 (cell cycle arrest), 그리고 HepG2 세포사멸을일으키는것이관찰됨에따라산화스트레스에기인하는경로외에, 세포손상은세포이하의구조와의직접적반응과같은다른경로에의해서도일어날수있는것으로추정된다. TiO 2 입자의독성메커니즘은기존독성메커니즘과유사하게기술하고있는데산화스트레스는 TiO 2 가 DNA 손상을일으키는데있어서중요한역할을한다. 또한 ROS는입자의유전독성에중요한역할을 하는데이는표면특성, 천이금속의존재, 지질과산화물에기인한다고추정하고있다. 나노크기입자의큰표면적은 ROS 생성을위한더많은활성사이트를제공한다. 입자에서생성된 ROS는통상 superoxide radical(o - 2 ), hydroxylradicals( OH) 및 singlet oxygen ( 1 O 2) 로구성된다. ROS는세포, 지질과산화, 효소의산화제손상또는단백질산화, 막투과성등을변화시킨다. 하지만, ROS가입자의독성을모두대변할수는없으며결정구조, 입자크기에따른표면적등을고려해야한다. 한편, 나노입자가 ROS, RNS 또는자유라디칼을심하게증가시키면, 세포막및미토콘드리아내혈장산화방지제, 지질산화감소, DNA 손상과유전자발현의활성화를갖는단백질의구조적변화를일으키는잠재력을갖는다. 세포레벨에서산화손상이조직부상으로이어진다는이론이수많은만성질환으로발전하는것과관련된다고받아들여지고있다. 반면, TiO 2 에의해야기된발암에대한정확한메커니즘은불명확하다. 제한된 data로부터세포가발암유전자로변형되는것은 ROS, 산화스트레스, 비교적많은양의 TiO 2 입자가중요한인자로간주된다. V. 결론반도체작업환경내발생가능한주요금속산화물인 SiO 2, WO 3, Al 2O 3 및 TiO 2 입자의물리화학적특성별사람및동물의각종세포및기관에대한독성연구사례를검토하여다음과같은결과를확인할수있었다. (1) SiO 2 입자 ( 비결정형 ) 사람의기관지상피및내피세포, 폐암종세포, 태아신장세포등에독성을나타내며, mouse 간독성, 급성염증등이발현되는데, 입경, 표면적및용량의존성을가지며특히입경 (100 nm 이하 ) 이생물학적영향을발현하는데중요한인자인것으로나타났다. 한편, 세포종류및동물의기관에따라 SiO 2 입자의독성이발현되지않는다는연구사례도확인되었다. (2) WO 3 입자형상 ( 섬유형및구형 ) 및용량에따른독성연구만 Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

16 134 최광민 이보고되어있으며대부분폐독성에대한연구로확인되었다. 섬유형입자의경우사람의폐세포에대해독성을나타내며, 독성은폐섬유화발현에잠재적으로기여할수있는 hydroxyl radical 생성량에의존한다고하였다. 산업현장에서 WO 3 입자노출로인해중금속근로자에게서진폐증발병이증가할수있으며폐섬유증의특징이나타났다. 대해활용가능한자료는여전히부족하다. 따라서각입자별인체독성에대해서명확히단정할수없으며, 작업환경내해당금속산화물입자의노출조건과유사한상태에서의지속적인연구를통해보다명확한독성확인이가능해질것이다. References (3) Al 2O 3 입자나노크기 (100 nm 이하 ) 의입자는사람의제대정맥혈관내피세포에전염증성반응을유도하여동맥경화와같은심혈관질환위험을나타낼수있으며, 태아폐섬유아세포및폐세포에대해세포사멸및세포의자연적능력을변화시킨다고보고하였다. 또한, nm 입자는 bulk 입자에비해 rats 유전독성 ( 유전적손상및장해 ) 을일으킬수있다고하였다. 한편, Al 2O 3 입자가생쥐의섬유아세포, 사람의피부섬유아세포등포유류세포에대해서는세포독성을나타내지않는다는연구사례도있었다. (4) TiO 2 입자사람의폐세포, 양막상피세포, 신경세포, 피부섬유아세포, 기관지내피세포, 그리고 mice의폐포대식세포, 간기능등에영향을나타내는것으로나타났다. 입자크기, 표면적, 형상및결정구조등에대한독성발현정도에차이가있는데, 100 nm 이하의입자및 anatase 형입자의독성이강한것으로확인되었다. 한편, 나노크기의입자가마이크로크기입자보다동일조성의조건하에서항상독성이강한것은아니라는보고도있으며, 실제사람의말초혈액임파구에 DNA 손상을일으키지않는다는연구사례도확인되었다. 지금까지보고된 4종의금속산화물입자별독성연구의상당부분이높은용량조건 ( μg/ml, mg/kg, 10 mg/m 3 ) 에서수행되었으며또한독성이발현됨을확인할수있다. 한편, 실험대상동물및세포의종 (species) 에따라독성이발현되지않는사례도볼수있다. 동물독성연구결과를사람에게적용할경우안전계수를활용하는방법을고려할수있으나불확실성이존재하며, 사람건강영향성에 Agency for Toxic Substances and Disease Research (ATSDR), Toxicological Profile for Tungsten. US Department of Health and Human Services, Public Health Service, Atlanta, GA Alexander Jr FA, Huey EG, Price DT, Bhansail S. Real-time impedance analysis of silica nanowire toxicity on epithelial breast cancer cells. Aaalyst 2012;137: American Conference of Government Industrial Hygienists (ACGIH) TLVs and BEIs. Threshold Limit Values for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices. Cincinnati, OH, 2008 American Conference of Government Industrial Hygienists (ACGIH), Tungsten and Compounds American Conference of Government Industrial Hygienists (ACGIH): 2015 TLV and BEIs. Cincinnati, OH, 2015 Baan R, Straif K, Grosse Y, Secretan B, Ghissassi FE, Cogliano V. Carcinogenicity of carbon black, titanium dioxide, and talc. Lancet Oncol 2006;7: Balasubramanyam A, Sailaja N, Mahboob M, Rahman MF, Hussain SM, Grover P. In vivo genotoxicity assessment of aluminium oxide nanomaterials in rat peripheral blood cells using the comet assay and micronucleus test. Mutagenesis 2009;24(3): Barnes CA, Elsaesser A, Arkusz J, Smok A, Palus J et al. Reproducible comet assay of amorphous silica nanoparticle detects no genotoxicity. Nano Lett 2008; 8(9): Bhaskar R, Li J, Xu L.A comparatively study of particle size dependency of IR and XRD methods for quartz analysis. Am Ind Hyg Asso J 1994; 55: Brun E, Barreau F, Veronesi G, Fayard B, Sorieul S et al. Titanium dioxide nanoparticle impact and translocation through ex vivo, in vivo and in vitro gut epithelial. Part Fibre Toxicol 2014;11(1):13 Byaydich-Stolle LK, Speshock JL, Castle A, Smith M, Murdock RC, Hussain SM. Nanosized aluminum altered immune function. ACS Nano 2010;4(7): Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

17 반도체가공작업환경에서부산물로발생되는주요금속산화물의입자크기, 형상, 결정구조에따른독성고찰 135 Chen X, Mao SS. Synthesis of titanium dioxide (TiO 2) nanomaterials. J Nanosci Nanotechnol 2006;6: Cho WS, Cho M, Han BS, Cho M, Oh JH et al. Inflammatory mediators induced by intratracheal instillation of ultrafine amorphous silica particles. Toxicol Lett 2007;175:24-33 Choi KM, Kim TH, Kim KS, Kim SG. Hazard identification of powder generated from a chemical vapor deposition process in the semiconductor manufacturing industry. J Occup Environ Hyg 2013;10(1):D1-D5 Choi KM, Yeo JH, Jung MK, Kim KS, Cho SH. Size, shape, and crystal structure of silica particles generated as by-products in the semiconductor workplace. J Korean Soc Occup Environ Hyg 2015a;25(1):36-44 Choi KM, An HC, Kim KS. Identifying the hazard characteristics of powder by-products generated semiconductor fabrication processes. J Occup Environ Hyg 2015b;12(2): Choi KM, Kim JH, Park JH, Kim KS, Bae GN. Exposure characteristics of nanoparticles as process by-products for the semiconductor manufacturing industry. J Occup Environ Hyg 2015c;12(8):D153-D160 Chu Z, Huang Y, Li L, Tao Q, Li Q. Physiological pathway of human cell damage induced by genotoxic crystalline silica nanoparticle. Biomaterials 2012;33: Donaldson K, Stone V, Borm PJ, Jimenez LA, Gilmour PS et al. Oxidative stress and calcium signaling in the adverse effects of environmental particles (PM10). Free Radic Biol Med 2003;34: Duan Y, Liu J, Ma L, Li N, Liu H et al. Toxicological characteristics of nanoparticulate anatase titanium dioxide in mice. Biomaterials 2010;31: Falck GCM, Lindgerg HK, Suhonen S, Vippola M, Vanhala E, Catalan J, Savolainen K, Norppa H. Genotoxic effects of nanosized and fine TiO 2. Hum Exp Toxicol 2009; 28: Farcal LR, Uboldi C, Mehn d, Giudetti G, Nativo P et al. Mechanisms of toxicity induced by SiO 2 nanoparticles of in vitro human alveolar barrier: effects on cytokine production, oxidative stress induction, surfactant proteins A mrna expression and nanoparticles uptake. Nanotoxicology 2012;7(6): Gehrke H, Frühmesser A, Pelka J, Esselen M, Hecht LL et al. In vitro toxicity of amorphous silica nanoparticles in human colon carcinoma cells. Nanotoxicology 2012; 793: Grassian VH, OʹShaughnessy PT, Adamcakova-Dodd A. Inhalation exposure study of titanium dioxide nanoparticles with a primary particle size of 2 to 5 nm. Environ Health Perspect 2007;115(3): Guichard Y, Schmit J, Darne C, Gate L, Goutet M et al. and genotoxicity of nanosized and microsized titanium dioxide and iron oxide particles in Syrian hamster embryo cells. Ann Occup Hyg 2012; 56(5): Hackenberg S, Friehs G, Kessier M, Froelich K, Ginzkey C et al. Nanosized titanium dioxide particles do not induce DNA damage in human peripheral blood lymphocytes. Environ Mol Mutagen 2011;52(4): Hamilton Jr RF, Wu N, Porter D, Buford M, Wolfarth M, Holian A. Particle length-dependent titanium dioxide nanomaterials toxicity and bioactivity. Part Fibre Toxicol 2009;6:35 Hasegawa G, Shimonaka M, Ishihara Y. Differential genotoxicity of chemical properties and particle size of rate metal and metal oxide nanoparticles. J Appl Toxicol 2012;32(1):72-80 Hext PM, Tomenson JA, Thompson P. Titanium dioxide: inhalation toxicology and epidemiology. Ann Occup Hyg 2005;49(6): Iglesias EG, Perez-Arizti JA, Marquez-Ramirez SG, Delgado-Buenrostro NL, Chirino YI et al. Titanium dioxide nanoparticles induce strong oxidative stress and mitochondrial damage in glial cells. Free Radic Biol Med 2014;73:84-94 Ino K, Natori I, Ichikawa A, Vrtis RN, Ohmi T. Plasma enhanced in situ chamber cleaning evaluated by extracted-plasma-parameter analysis. IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing 1996;9(2): International Agency for Research on Cancer(IARC). IARC Monographs Volume 100C: Arsenic, Metals, Fibres and Dusts; A Review of Human Carcinogens Ji B, Elder DL, Yang JH, Badowski PR, Karwacki EJ. Power dependence of NF 3 plasma stability for in situ chamber cleaning. J Appl Phys 2009;95: Jin C, Tang Y, Yang G, Li XL, Xu S et al. Cellular toxicity of TiO 2 nanoparticles in anatase and rutile crystal phase. Biol Trace Element Res 2011;141(1):3-15 Johnston CJ, Driscoll KE, Finkestein JN, Baggs R, OʹReilly MA et al. Pulmonary chemokine and mutagenic responses in rats after subchronic inhalation of amorphous and crystalline silica. Toxicol Sci 2000; 56: Karlsson HL, Gustafsson J, Cronholm P, Möller L. Sizedependent toxicity of metal oxide particles-a comparison between nano- and micrometer size. Toxicol Lett 2009;188: Keith LS, Moffett DB, Rosemond ZA, Wohlers DW. ATSDR Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, 2016: 26(2):

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