Rapid, simple, and sensitive detection of pathogen bacteria is a highly topical research area due to increasingly concerning of food safety and public health. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a promising and attractive technique offering fast, sensitive, comparatively low-cost, and in-suit detection of pathogenic bacteria. However, this technique requires the preparation step for reducing the noise derived from heterogeneous matrixes of food sample. Immunomagnetic separation (IMS) is widely used technique enabling separation and concentration of the target analyte. It can be used not only laboratory scale but also field diagnosis easily. Here, we synthesized gold-shelled starch magnetic microparticles (GS@SMMPs) for effective separation and concentration of Escherichia coli O157:H7, which were subsequently subjected to SERS integrated with gold-coated 3D-well substrate for bacterial detection in aqueous solution. GS@SMMPs were labelled by Anti-E. coli O157 monoclonal antibody through gold binding protein and staphylococcal protein G (GBP-SPG) fusion protein. In IMS experiment, the immuno-GS@SMMPs showed high capture efficiency over 90% to E. coli O157:H7, which resulted in 10 times decrease in detection limit in PCR assay. Through SERS assay, E. coli O157:H7 concentrated by immuno-GS@SMMPs were successfully detected even at an extremely low concentration of 101 CFU/ml the subjected to SERS. Moreover, by using sandwich method using SERS reporter consisting of GBP-SPG, we found that E. coli O157:H7 were able to be detected by SERS quantitatively through measuring the SERS intensity of GBP-SPG. This novel strategy combining SERS and IMS could be meaningful for extending the application in SERS for in-suit sensitive detection of pathogenic bacteria.

In this study, cobalt nanopowder is fabricated by sonochemical polyol synthesis and magnetic separation method. First, sonochemical polyol synthesis is carried out at 220oC for up to 120 minutes in diethylene glycol (C4H10O3). As a result, when sonochemical polyol synthesis is performed for 50 minutes, most of the cobalt precursor (Co(OH)2) is reduced to spherical cobalt nanopowder of approximately 100 nm. In particular, aggregation and growth of cobalt particles are effectively suppressed as compared to common polyol synthesis. Furthermore, in order to obtain finer cobalt nanopowder, magnetic separation method using magnetic property of cobalt is introduced at an early reduction stage of sonochemical polyol synthesis when cobalt and cobalt precursor coexist. Finally, spherical cobalt nanopowder having an average particle size of 22 nm is successfully separated.

광액시료와 비-자성광액시료에 포함된 황비철석을 자류철석으로 상변환 시키기 위하여 그리고 비소 함량을 2,000 mg/kg 이하로 제거하기 위하여 마이크로웨이브 장치를 다양한 시간으로 가열하였 고, 습식-자력선별하였다. 마이크로웨이브 가열시간이 증가함에 따라 황비철석 표면의 가장자리부터 자류철석으로 상변환이 일어났고, 열점 현상에 의하여 자류철석 내부에 용융공극과 마이크로-크랙들 이 형성되었다. 마이크로웨이브 가열을 10분간 수행한 광액시료(비소 함량 : 14,732.66 mg/kg)와 비- 자성 광액시료(비소 함량 : 19,970.13 mg/kg)를 습식-자력선별하여 자성광물로 분리시킨 결과, 10분 가열한 자성광물 시료에서 만 비소 함량이 2,000 mg/kg 이하로 나타났다. 따라서 향후 비소 페널티 부과 대상인 복합황화광물을 마이크로웨이브 가열과 습식-자력선별을 효과적으로 활용하면, 비소 함 량을 페널티 부과대상 이하의 광석광물을 얻을 수 있을 것으로 기대한다.

엽납석광석에 Fe-성분이 불순물로 작용하여 엽납석의 최종 산업제품의 품위를 저하시키고 있다. 엽납석광석에 존재하는 불순물을 광물-화학적으로 확인하고 마이크로웨이브와 자력선별을 이용하여 Fe 함량을 건식방법으로 감소시키고자 하였다. 광학현미경, XRD, XRF, SEM/EDS 및 EPMA 분석을 통하여 엽납석에 황철석과 적철석이 포함되어 있는 것을 확인하였다. 엽납석에 포함된 자형의 황철석은 열수용액에 의하여 형성되고, 용해 공동 구조는 황철석이 산성수에 의하여 부분적으로 용해되어 형성되는 것으로 사료된다. 그리고 퇴적 기원 구조를 보이는 동심원 구조의 적철석은 산성수에 포함되어 있는 Fe3+가 침전되어 형성된 것으로 사료된다. 마이크로웨이브 가열과 자력선별 실험을 수행한 결과 Fe 제거율은 성산광산이 96%, 완도광산이 93%로 나타났다. 마이크로웨이브 가열과 자력선별은 저 품위 엽납석을 품위 향상시킬 수 있는 친환경적 방법이라 사료된다.

슬래그를 매립한 토양을 대상으로 자기분리연구를 수행하였다. 토양세척을 거친 토양과 토양세척 전 토양을 대상으로 습식자기분리와 건식자기분리를 수행하여 분리된 부분과 분리되지 않은 부분의 중금속 농도를 측정하여 중금속의 농축효과를 측정하였다. 습식자기분리의 경우 토양세척 전 시료의 자력분리율이 상대적으로 높으며 토양세척 후 시료의 경우 약 40% 정도가 자기분리 되었다. 토양 : 물의 비가 농축효과에는 큰 영향을 미치지 못하며, Fe, Pb, Cu, Zn, Cd의 세척 전 토양과 세척 후 토양의 자기분리에 의한 평균 농축비는 3.2, 2.1, 12.1, 2.5, 1.5와 17.4, 7.0, 15.7, 9.6, 7.0으로 토양 세척을 거친 경우 자기분리에 의해 토양 세척 전 토양에 비해 더 큰 토양 부피 감량효과를 기대할 수 있다. 건식자기분리의 경우에도 자기분리에 의해 중금속의 농축효과를 얻을 수 있으나 자기분리에 의한 회수율이 너무 높은 경우 오염토 저감을 기대하기 어렵다. 철과 같은 강자성체를 포함하는 토양의 경우 자기분리에 의해 토양세척의 효과와 유사하게 오염토양의 양을 줄일 수 있고, 오염이 한쪽에 농축되는 결과를 얻을 수 있다.