ES2900454T3

ES2900454T3 - Telas y métodos para obtenerlas a partir de células cultivadas

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Publication number: ES2900454T3
Application number: ES16818575T
Authority: ES
Inventors: Francoise Suzanne Marga; LEEUW Monique DE; Darryl M Cassingham; Gabor Forgacs
Original assignee: Modern Meadow Inc
Current assignee: Modern Meadow Inc
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: CN107708753A; EP3313460B1; CA2988153A1; JP6480026B2; KR102045830B1; KR20190129142A; EP3313460A1; US20200370215A1; WO2017003999A1; JP2018521234A; CA2988153C; KR20180006982A; EP3313460A4; AU2016285906A1; US20160376737A1

Abstract

Método de formación de un material textil, comprendiendo el método: formar una disolución de colágeno como proteína; curtir la proteína dentro de la disolución; extruir fibras de la proteína a partir de la disolución; y formar el material textil a partir de las fibras extruidas.

Description

DESCRIPCIÓN

Telas y métodos para obtenerlas a partir de células cultivadas

Campo

En el presente documento se describen métodos de formación de materiales textiles a partir de proteínas en cultivo celular así como los materiales textiles resultantes. En particular, en el presente documento se describen métodos de formación de fibras de colágeno y materiales textiles a partir de las fibras de colágeno, en los que el colágeno se ha originado a partir de fuentes no animales, tales como levaduras, bacterias y plantas, o a partir de productos de desecho de animales. Los materiales textiles formados a partir de los métodos descritos en el presente documento pueden tener características únicas que surgen de las técnicas de fabricación descritas en el presente documento, incluyendo la uniformidad ultraestructural (por ejemplo, curtición y/o reticulación uniforme a través del diámetro de las fibras) y las propiedades (por ejemplo, resistencia, tamaño, estabilidad hidrotérmica, etc.).

Antecedentes

Tradicionalmente, los materiales textiles (por ejemplo, telas) compuestos por colágeno proceden de pellejo o piel de animales, incluyendo cuero, y se usan en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo tapicería de muebles, ropa, zapatos, equipaje, bolsos y accesorios, y aplicaciones en vehículos de transporte. Actualmente, se usan pellejos o pieles de animales como materia prima para el cuero natural. Sin embargo, los pellejos y las pieles del ganado plantean preocupaciones medioambientales porque la cría de ganado requiere cantidades cada vez mayores de alimento, pastos, agua y combustible fósil. El ganado también produce una contaminación significativa para el aire y las vías fluviales, especialmente los rumiantes.

Además, el uso de pellejos y pieles de animales para producir cuero es objetable para las personas con conciencia social. La industria mundial del cuero utiliza un subproducto de la industria cárnica, que sacrifica más de mil millones de animales al año. Parte del cuero procede de países sin leyes de bienestar animal o que tienen leyes que no se aplican en gran medida o en su totalidad. El cuero producido sin matar animales sería una gran novedad y tendría atractivo en la moda.

Aunque el cuero sintético se desarrolló para abordar algunas de estas preocupaciones, carece de la calidad, la durabilidad y el prestigio del cuero natural. Hasta ahora, no se han desarrollado procedimientos científicamente sólidos e industrialmente viables para producir cuero natural. Por consiguiente, existe la necesidad de una solución a las demandas de alternativas al cuero producido a partir de animales vivos.

El cuero natural normalmente es un material duradero y flexible creado mediante la curtición de pellejo y piel de animales, a menudo pellejo de ganado. Generalmente se entiende que la curtición es el procedimiento de tratar los pellejos y las pieles de animales para producir cuero. La curtición puede realizarse de varios modos bien conocidos incluyendo, pero sin limitarse a, curtición vegetal (por ejemplo, usando extractos de tanino a partir de fuentes orgánicas), curtición al cromo (sales de cromo, incluyendo sulfato de cromo), curtición con aldehído (usando compuestos de oxazolidina o glutaraldehído), sintanos (taninos sintéticos, usando polímeros aromáticos). Se espera que continúen desarrollándose nuevos agentes de curtición.

El cuero natural normalmente se prepara en tres partes principales: fases preparatorias (incluyendo las operaciones de ribera), curtición y formación de cuero semiterminado. También puede incluirse el recubrimiento de superficie. Las fases preparatorias preparan el pellejo/la piel para la curtición, y se retiran los componentes no deseados de la piel sin procesar. Las fases preparatorias pueden incluir: conservación, remojo (rehidratación), calero, pelambre, descarnado (retirada de material subcutáneo), dividido, nuevo calero, desencalado (para retirar los productos químicos del pelambre y del calero), purgado (tratamiento de degradación enzimática), desengrase, blanqueo y, si va a curtirse con una sal metálica o un compuesto de aldehído, luego piquelado (a través del uso de ácidos y sales específicos), etc.

La curtición se realiza para convertir las proteínas en el pellejo/la piel en un material estable que no se pudrirá, poseerá estabilidad hidrotérmica y será adecuado para una amplia variedad de fines como “cuero”. En el caso del tanino a base de cromo, el pH de la piel/el pellejo puede ajustarse (por ejemplo, reducirse, por ejemplo hasta pH 2,0-2,4) para permitir la penetración del cromo en la estructura de la fibra; posteriormente, el pH y la temperatura pueden elevarse (“basificación” hasta un nivel ligeramente superior, por ejemplo, pH 3,8-4,2) con el fin de completar la reacción de curtición.

La formación de cuero semiterminado normalmente se refiere al tratamiento tras la curtición que precede al secado y ablandado del cuero. Los ejemplos de técnicas de formación de cuero semiterminado incluyen: rebajado, dividido, recurtición, tinción, engrasado, diversos medios de secado (por ejemplo, estirado, exprimido, pinzado, secado a vacío, secado en placa, etc.), acondicionamiento, rectificado de flor, ablandado, molienda con la opción de aplicar luego diversos recubrimientos e impregnaciones al cuero.

En la práctica, el procedimiento de conversión de pellejos y pieles de animales en cuero puede incluir etapas secuenciales tales como: pelambre, calero, desencalado y purgado, piquelado, curtición, neutralización, tinción y engrasado, secado y acabado. El procedimiento de pelambre puede retirar químicamente el pelo (por ejemplo, usando un compuesto auxiliar tal como sulfuro de sodio en una disolución alcalina), mientras que la etapa de calero (por ejemplo, usando un álcali) puede completar adicionalmente el procedimiento de retirada de pelo e hinchar (“abrir”) el colágeno para provocar la división del haz de fibras y aumentar la reactividad química a través de la modificación de aminoácidos. Durante la curtición, la estructura de la piel se estabiliza a través de la reacción del colágeno con iones complejos de cromo. Dependiendo de los compuestos usados, el color y la textura del cuero pueden cambiar. El cuero curtido puede ser mucho más flexible que un pellejo sin tratar y también más duradero.

La piel, o el pellejo de animales, está formada principalmente por colágeno, una proteína fibrosa. El colágeno es un término genérico para una familia de al menos 28 tipos distintos de colágeno; la piel de animales normalmente es colágeno tipo 1 (por lo que se supone normalmente que el término colágeno es colágeno tipo I), aunque pueden usarse otros tipos de colágeno para la formación del cuero. Los colágenos se caracterizan por un triplete de repetición de aminoácidos, -(Gly-X-Y)n-, de modo que aproximadamente un tercio de los residuos de aminoácido que se encuentran en el colágeno son glicina. X es a menudo prolina e Y es a menudo hidroxiprolina. Por tanto, la estructura del colágeno puede consistir en unidades triples entrelazadas de cadenas peptídicas de diferentes longitudes. Diferentes animales pueden producir diferentes composiciones de aminoácidos del colágeno, lo que puede dar como resultado diferentes propiedades (y diferencias en el cuero resultante). Los monómeros de fibra de colágeno pueden producirse a partir de cadenas alfa de aproximadamente 1050 aminoácidos de longitud, de modo que la triple hélice adopta la forma de una varilla de aproximadamente 300 nm de longitud, con un diámetro de 1,5 nm. En la producción de la matriz extracelular por las células de la piel fibroblastos, pueden sintetizarse monómeros de triple hélice y los monómeros pueden unirse entre sí para dar lugar a una forma fibrosa. Estas triples hélices pueden mantenerse juntas mediante enlaces salinos, enlaces de hidrógeno, enlaces hidrófobos y enlaces covalentes. Las triples hélices se organizan en fibras y las fibras en haces de fibras. Las variaciones de la reticulación o unión pueden proporcionar resistencia al material. Las fibras pueden tener una variedad de diámetros. Además del colágeno tipo I, la piel (pellejos) también puede incluir otros tipos de colágenos.

Los intentos anteriores de elaboración de cueros obtenidos mediante ingeniería han resultado insatisfactorios o poco prácticos. Por ejemplo, el documento EP1589098 describe un método de hacer crecer fibroblastos sembrados en soportes bioactivos tridimensionales. Los soportes pueden estar compuestos por material de desecho de colágeno procedente de un procedimiento de curtición (“división”), micropartículas de colágeno puro, partículas de material de desecho de colágeno o soportes sintéticos (por ejemplo, compuestos por polímeros tales como HYAFF). La adición del material de soporte complica y aumenta el coste de su procedimiento propuesto y también afecta a las propiedades del cuero producido de este modo.

Además, se han descrito y fabricado materiales sintéticos tejidos y no tejidos formados por colágeno y otras proteínas (particularmente proteínas poliméricas) con fines biomédicos (por ejemplo, implantes). Tales materiales normalmente no son adecuados para su uso como material textil para prendas de vestir, muebles y accesorios (por ejemplo, ropa, zapatos, etc.), porque no están curtidos y carecen de las propiedades físicas y químicas necesarias, y también han resultado ser prohibitivamente caros para fabricar en tamaño y cantidad suficientes.

En el presente documento se describen materiales textiles obtenidos mediante ingeniería que pueden tener propiedades similares o superiores a los cueros naturales, pero pueden procesarse de una manera muy diferente, y en cierto modo más sencilla, y pueden abordar muchos de los problemas de los cueros naturales y otros cueros obtenidos mediante ingeniería descritos anteriormente, incluyendo los identificados anteriormente.

El documento GB 723 215 A se refiere a un procedimiento para la producción de filamentos artificiales de proteínas globulares insolubles en agua mediante hilatura en húmedo de disoluciones de las proteínas, que comprende la etapa de tratar las proteínas, antes de disolverlas para preparar la disolución de hilatura, con al menos una sustancia de curtición grasa que consiste en un aceite graso de triglicéridos altamente insaturados y/o un ácido graso libre derivado de tal aceite. El documento GB 723 214 A también se refiere a un procedimiento para la producción de filamentos artificiales mediante hilatura en húmedo de una disolución de una proteína globular insoluble en agua, caracterizado por el tratamiento de la proteína antes de la operación de hilatura con una sal de estaño soluble en agua en disolución acuosa. El documento US 4.089.333 A se refiere al uso de colágeno en un método de tratamiento de una herida o quemadura que comprende cubrir la superficie de la herida o quemadura con una tela no tejida que consiste esencialmente en fibras cortadas de colágeno regenerado hilado sustancialmente libre de telopéptidos. El documento GB 992585 A se refiere a un material de colágeno coherente de fibras abiertas que comprende fibras de colágeno unidas entre sí mediante un derivado fibroso de gelatina, y a un método de elaboración de dicho material. El documento WO 2016/073453 A1 se refiere a biomateriales reforzados obtenidos mediante ingeniería, tales como cueros obtenidos mediante ingeniería, y a métodos para elaborarlos.

Sumario de la divulgación

Esta divulgación describe el uso de proteínas (naturales u obtenidas mediante ingeniería) que se originan a partir de un procedimiento de cultivo celular para formar fibras adecuadas para una amplia variedad de procedimientos de fabricación textil incluyendo, pero sin limitarse a, los de materiales textiles no tejidos, tejidos y tricotados (telas). En particular, en el presente documento se describen fibras formadas a partir de materiales de cultivo celular que pueden curtirse a medida que se forma la fibra, o en algunas variaciones curtirse poco después de formarse el material tejido, no tejido y tricotado.

Específicamente, la presente invención se refiere a un método de formación de un material textil, y a un material textil formado a partir de células cultivadas según las reivindicaciones adjuntas. En la presente invención tal como se reivindica, la proteína usada es colágeno.

En general, en el presente documento se describen métodos de formación de fibras de proteína que pueden conformarse para dar materiales textiles y/o conformarse para dar un material intermedio (por ejemplo, hilo, hebra, etc.) para conformarse posteriormente para dar un material textil. Un material textil (o paño) puede referirse a un material flexible que consiste en una red de fibras, hilos por ejemplo, o hebras. El material textil conformado puede estar formado principalmente por fibras de proteína, específicamente por fibras de colágeno que tienen las características descritas en el presente documento, o pueden estar formados parcialmente por estas fibras (por ejemplo, más del 20%, más del 25%, más del 30%, más del 35%, más del 40%, más del 45%, más del 50%, más del 55%, más del 60%, más del 65%, más del 70%, más del 75%, más del 80%, más del 85%, etc.). Las fibras formadas tal como se describe en el presente documento pueden combinarse con otras fibras, naturales (por ejemplo, algodón, seda, etc.) o sintéticas (por ejemplo, nailon, poliésteres, etc.).

Los métodos descritos en el presente documento incluyen la formación de fibras mediante la formación de una disolución de colágeno como proteína (por ejemplo, la formación de una disolución en la que la proteína es un monómero, dímero y/o polímero pequeño), la curtición de la proteína dentro de la disolución, lo que permite una penetración casi perfecta del agente de curtición en las fibras y el material textil resultantes, y luego la extrusión de las fibras de la proteína a partir de la disolución. Estas fibras pueden usarse entonces para formar una hebra o un hilo que luego se usa para formar un material textil (por ejemplo, cuando se confeccionan materiales textiles tejidos o tricotados) o se usa directamente para confeccionar el material textil (por ejemplo, cuando se confeccionan materiales textiles no tejidos). Aunque según el método tal como se reivindica la curtición se realiza en la disolución, que puede denominarse disolución polimérica, disolución de aditivo de hilatura o simplemente aditivo de hilatura, otros métodos descritos en el presente documento también pueden incluir curtición después de la extrusión (o curtición adicional después de la extrusión) de la fibra. También puede realizarse reticulación en la disolución antes, durante y/o después de la curtición; alternativamente, la reticulación puede realizarse después de extruir las fibras. Pueden realizarse uno o más tratamientos adicionales en las fibras, incluyendo un agente en la disolución. Por ejemplo, puede añadirse a la disolución un agente retardante del fuego de modo que se integre en las fibras. Pueden incluirse (por ejemplo, en la disolución) compuestos tales como boratos, polibencimidazol (PBI), aramidas, melamina, etc., e integrarse en las fibras formadas para potenciar la naturaleza retardante del fuego de las fibras y del material textil resultante. Alternativa o adicionalmente, también pueden incluirse en la disolución tintes, por ejemplo, agentes colorantes.

En el presente documento se describen y reivindican métodos de formación de un material textil que incluyen: formar una disolución de colágeno como proteína; curtir la proteína dentro de la disolución; extruir fibras de la proteína a partir de la disolución; y formar el material textil (o precursor de material textil) a partir de las fibras extruidas. El colágeno es la proteína que se usa según la invención tal como se reivindica para fabricar un material textil o material precursor de material textil (hilo, hebra, fieltro, etc.).

El método de formación de un material textil según la invención incluye por tanto: formar una disolución de colágeno; curtir el colágeno dentro de la disolución; extruir fibras del colágeno a partir de la disolución; y formar el material textil (o precursor de material textil) a partir de las fibras extruidas. La fuente de colágeno puede ser en particular una fuente sin crueldad animal, tal como células cultivadas (por ejemplo, levaduras, bacterias, etc.). El método de formación de un material textil (o precursor de material textil) según la invención puede incluir: recoger colágeno a partir de células que secretan colágeno cultivadas in vitro; formar una disolución de proteína de colágeno; curtir y reticular el colágeno dentro de la disolución; extruir fibras del colágeno a partir de la disolución; y formar el material textil (o precursor de material textil) a partir de las fibras extruidas.

Cualquiera de los métodos descritos en el presente documento puede incluir extruir fibras dentro de un intervalo de tamaño particular y tener un conjunto particular de propiedades que pueden estar relacionadas con el método de formación de las mismas. Por ejemplo, extruir las fibras puede comprender extruir fibras que tienen un diámetro de entre 20-70 |im. Extruir las fibras puede comprender extruir fibras que tienen una distribución uniforme de curtición a lo largo del diámetro de las fibras (por ejemplo, todas las fibras, >95% de las fibras, >90% de las fibras, >85% de las fibras, >80% de las fibras, >75% de las fibras, etc.), y/o que se reticulan uniformemente a lo largo de todo el diámetro de la fibra (por ejemplo, todas las fibras, >95% de las fibras, >90% de las fibras, >85% de las fibras, >80% de las fibras, >75% de las fibras, etc.). Por ejemplo, extruir las fibras puede comprender extruir fibras que comprenden entre el 0,01% y el 5% de agente de curtición que se distribuye uniformemente a lo largo de todo el diámetro de la fibra.

En general, formar la disolución puede comprender solubilizar colágeno dentro de la disolución. Formar la disolución puede comprender suspender monómeros de colágeno en la disolución, y/o una mezcla de monómeros, y polímeros cortos (por ejemplo, dímeros, trímeros, etc.). En general, el método puede incluir formar la disolución suspendiendo colágeno (por ejemplo, solubilizando colágeno) en la disolución para formar una disolución de polímero.

Cualquiera de los métodos descritos en el presente documento puede usar colágeno procedente de fuentes cultivadas. Por tanto, cualquiera de estos métodos puede incluir recoger colágeno a partir de células que secretan colágeno cultivadas in vitro, y formar la disolución comprende incluir en la disolución colágeno procedente del colágeno recogido.

Tal como se ha mencionado, el colágeno puede reticularse dentro de la disolución, por ejemplo, incluyendo un agente de reticulación en la disolución (por ejemplo, glutaraldehído, clorhidrato de (1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida o “EDC”, etc.). Alternativa o adicionalmente, las fibras pueden reticularse después de extruir a partir de la disolución. Por ejemplo, reticular puede comprender reticular con glutaraldehído. Tal como se mencionó anteriormente, curtir el colágeno dentro de la disolución puede incluir mezclar un agente de curtición en la disolución. Puede usarse cualquier agente de curtición apropiado; de manera similar puede usarse cualquier agente de reticulación. Por ejemplo, los agentes de curtición y agentes de reticulación que pueden usarse pueden incluir, pero no se limitan a: cromo, aluminio, circonio, titanio, hierro, silicato de aluminio y sodio, formaldehído, glutaraldehído, oxazolidina, isocianato, carbodiimida, poli(sulfato de carbamoílo), sulfato de tetrakis-hidroxifosfonio, p-[(4,6-dicloro-1,3,5-triazin-2-il)amino]bencenosulfonato de sodio, agentes de curtición vegetales (tanto pirogalol como catecol), sintanos, etc.

En general, la curtición puede durar muy poco tiempo (en relación con las técnicas de curtición tradicionales para curtir, por ejemplo, cuero). Por ejemplo, la disolución de colágeno puede exponerse a (puede incluir) un agente de curtición durante menos de 30 minutos (por ejemplo, menos de 25 minutos, menos de 20 minutos, menos de 15 minutos, menos de 10 minutos, etc.) antes de extruir las fibras. Por ejemplo, cualquiera de estos métodos puede incluir curtir el colágeno dentro de la disolución añadiendo un agente de curtición en la disolución durante menos de 20 minutos antes de extruir las fibras.

Las fibras pueden extruirse a una forma apropiada (por ejemplo, forma de sección transversal), incluyendo diámetros no circulares, tales como triangular, rectangular, cuadrado, trapezoidal, heptagonal, hexagonal, etc. La extrusión puede incluir cualquier técnica de extrusión apropiada incluyendo hilatura (por ejemplo, en húmedo, en seco, inyección en seco-hilatura en húmedo, por fusión, en gel y electrohilatura, etc.), estiraje, etc. Por ejemplo, extruir fibras puede comprender hilar las fibras.

Tal como se mencionó anteriormente, formar el material textil puede comprender formar un precursor de material textil, tal como un hilo, a partir de las fibras. En general, formar el material textil puede comprender tricotar o tejer las fibras. Formar el material textil puede comprender formar un material no tejido a partir de las fibras. Formar el material textil puede comprender combinar las fibras con fibras sintéticas, fibras naturales, o fibras naturales y sintéticas adicionales.

La concentración de colágeno dentro de la disolución a partir de la cual va a extruirse puede controlarse para permitir la extrusión controlada sin romper la fibra, o bloquear/obstruir la hilera. Por ejemplo, formar la disolución puede comprender formar una disolución de colágeno que tenga una concentración de entre 3 mg/ml y 30 mg/ml. Por ejemplo, formar la disolución puede comprender formar una disolución de colágeno que tenga una concentración de entre 7 mg/ml y 15 mg/ml.

Puede controlarse la velocidad de extrusión, y puede modificar las fibras resultantes (por ejemplo, la longitud de la fibra, etc.). Por ejemplo, en cualquiera de estos métodos, la velocidad de extrusión puede ser de entre 70 |il/min y 300 |il/min de la disolución.

En el presente documento también se describen fibras (específicamente, fibras de colágeno), precursores de material textil (por ejemplo, hilo, hebra, etc.) compuestos por estas fibras, y materiales textiles compuestos por estas fibras. Los materiales textiles según la invención se forman usando células cultivadas, tal como se describe en el presente documento (en general, los materiales textiles también pueden formarse a partir de cualquier otra fuente de la proteína “sin procesar”). En el presente documento se describen y reivindican materiales textiles formados a partir de células cultivadas, comprendiendo el material textil una pluralidad de fibras de colágeno que tienen un diámetro de entre 20-70 |im, en los que las fibras de colágeno comprenden una concentración de agente de curtición que se distribuye uniformemente a lo largo del diámetro de las fibras de colágeno. Por ejemplo, en el presente documento se describen materiales textiles formados a partir de células cultivadas que comprenden una pluralidad de fibras de colágeno que tienen un diámetro de entre 20-70 |im, en los que las fibras de colágeno comprenden entre el 0,01% y el 30% de agente de curtición que se distribuye uniformemente a lo largo del diámetro de las fibras de colágeno, adicionalmente en los que las fibras de colágeno están reticuladas uniformemente a lo largo del diámetro de cada fibra. El porcentaje de agente de curtición dentro de las fibras de colágeno puede reflejar la concentración de agente de curtición usado en la disolución de colágeno a partir de la cual se forman (por ejemplo, se hilan) las fibras, tal como se describe en el presente documento. Por ejemplo, el porcentaje de agente de curtición dentro de las fibras de colágeno puede estar entre un valor inferior del 0,01%, el 0,05%, el 0,1%, el 0,5%, el 1%, el 2%, el 3%, el 4%, el 5%, el 6%, el 7%, el 8%, el 9%, el 10%, etc., y un valor superior del 30%, el 27%, el 25%, el 22%, el 20%, el 19%, el 18%, el 17%, el 16%, el 15%, el 14%, el 13%, el 12%, el 11%, el 10%, etc., donde el valor inferior siempre es menor que el valor superior. Tal como se ha mencionado, normalmente el agente de curtición dentro de las fibras de colágeno se distribuye uniformemente, lo que significa que, para cualquiera de las fibras de colágeno, tiene el mismo perfil de concentración que es razonablemente uniforme (por ejemplo, dentro de /- el 1%, el 2%, el 3%, el 4%, el 5%, etc.) del mismo valor en toda la sección transversal de la fibra. Esto contrasta fuertemente con los métodos de curtición tradicionales, en los que la concentración de agente de curtición a través de una fibra puede variar con la distancia desde el exterior de la fibra basándose en la difusión (particularmente para agentes de curtición más grandes, de baja penetración, y cuando se usan tiempos de curtición más cortos (por ejemplo, menos de 12 horas)).

En general, como resultado de los métodos de formación de las fibras (y materiales textiles) descritos en el presente documento, las fibras de colágeno formadas, y por tanto los precursores de material textil y materiales textiles formados, pueden ser sustancialmente uniformes en cuanto a tamaño y/o propiedades. Tal como se usa en el presente documento, “uniforme” puede significar que tiene una varianza de menos del 20%, menos del 15%, menos del 10%, menos del 12%, menos del 10%, menos del 8%, menos del 5%, etc.

Por ejemplo, las fibras de colágeno pueden reticularse uniformemente a lo largo del diámetro de cada fibra. Adicional o alternativamente, las fibras de colágeno pueden comprender entre el 0,01% y el 5% del agente de curtición que se distribuye uniformemente a lo largo del diámetro de las fibras de colágeno. El agente de curtición dentro de las fibras de colágeno puede ser cualquiera de los agentes de curtición descritos en el presente documento (por ejemplo, cromo).

En general, los materiales textiles formados tal como se describe en el presente documento pueden conformarse para dar una lámina y/o un rollo. Por ejemplo, el material textil puede conformarse para dar una lámina que tiene un área de superficie de más de 100 cm2 y/o un grosor de más de 0,2 mm (por ejemplo, más de 0,3 mm, más de 0,4 mm, más de 0,5 mm, etc.). En una realización, la lámina puede tener un área de superficie de más de 100 cm2 y un grosor de más de 0,03 mm. Las fibras de colágeno pueden tener una tenacidad de entre 1,5 y 2,5 g/denier. En algunas variaciones, las fibras de colágeno pueden tener un alargamiento a la rotura de entre el 25% y el 40% (por ejemplo, entre el 30-35%, etc.).

Tal como se mencionó anteriormente, el material textil puede incluir una mezcla de fibras de colágeno y cualquier otra fibra natural o sintética. Por ejemplo, cualquiera de estos materiales textiles puede incluir una pluralidad de fibras sintéticas o naturales mezcladas con las fibras de colágeno.

Tal como se mencionó anteriormente, las fibras de colágeno pueden tener un diámetro no circular, lo que puede alterar las propiedades del material textil.

En general, las fibras de colágeno pueden tricotarse o tejerse. En algunas variaciones, el material textil comprende un material textil no tejido.

Los métodos de formación de fibras y materiales textiles a partir de estas fibras descritas en el presente documento pueden ofrecer numerosas ventajas. Muchas de estas ventajas pueden surgir debido al hecho sorprendente de que la curtición y/o reticulación pueden realizarse en la disolución (por ejemplo, aditivo de hilatura) antes de extruir fibras. Por ejemplo, la curtición y/o reticulación en la disolución da como resultado un procedimiento de curtición mucho más rápido. Normalmente, en los procedimientos de curtición tradicionales, dependiendo del grosor de la piel/el pellejo, el periodo de curtición puede tener que ser necesariamente de desde 3 horas hasta uno o más días. Los métodos descritos en el presente documento, por el contrario, son casi instantáneos. Los métodos descritos en el presente documento permiten que el agente de curtición penetre fácilmente en las fibras colocando el agente de curtición in situ con la proteína (específicamente, el colágeno) antes de que reaccionen. En la industria del cuero tradicional, la piel/el pellejo debe procesarse químicamente en un estado de latencia química a través de la manipulación de la temperatura, el pH (por ejemplo, el punto isoeléctrico) y otras técnicas para garantizar que se produzca la penetración antes de la fijación. De lo contario, el material resultante sólo tendrá una curtición superficial o “de superficie”. Por tanto, los métodos descritos en el presente documento pueden eliminar esta necesidad, ya que pueden tratar todas las fibras por igual e individualmente.

Los métodos descritos en el presente documento también pueden permitir el uso de otros agentes de curtición que normalmente no se usan (aunque pueden tener propiedades beneficiosas) debido a su escasa penetración cuando se usan con métodos de formación de cuero tradicionales. La falta de penetración en una piel/un pellejo significa que el material resultante tendrá inconsistencias. Tales problemas de penetración no suponen un problema para los métodos y las fibras descritos en el presente documento.

Como resultado, las técnicas descritas en el presente documento también pueden suponer una mejora en la eficacia y el respeto al medioambiente, en comparación con otras técnicas de curtición. Con una piel/un pellejo real, la curtición requiere la realización de numerosas operaciones que usan mucha agua y pueden suponer una carga pesada para el sistema de efluentes durante la precurtición, la curtición y al final de la curtición, ya que es raro que se agoten todos los materiales de curtición (por ejemplo, el agente de curtición) durante el procedimiento. Los métodos descritos en el presente documento pueden permitir que se usen todos los agentes de curtición para lograr un agotamiento del 100% durante la formación de fibras, y pueden requerir mucha menos energía, agua y carga de efluentes para obtener las fibras en comparación con el cuero normal.

Además, los métodos descritos en el presente documento pueden permitir la incorporación de otros materiales y propiedades en los materiales textiles formados usando estos métodos. Por ejemplo, los métodos descritos en el presente documento pueden permitir el procesamiento (por ejemplo, añadiendo un material en la disolución/aditivo de hilatura) para modificar o potenciar la propiedad retardante de la llama, resistencia al agua, etc. En general, estos métodos pueden permitir un mejor tratamiento individual de cada fibra. Por ejemplo, pueden incorporarse polímeros lubricantes hidrófobos. En otro ejemplo, puede usarse fácilmente en la disolución el tratamiento químico de curtición a base de fosfonio, que puede dar lugar a la propiedad retardante del fuego. Tal como se describe en el presente documento, una vez que se ha formado una fibra (por ejemplo, colágeno), puede formarse ya curtida, y puede tratarse inmediatamente de manera individual con otras tecnologías, de modo que todas y cada una de las fibras se tratan y procesan por igual, dando así una consistencia ultra-alta, por ejemplo, mayor resistencia al agua de lo que puede lograrse habitualmente, ya que pueden tratarse todas estas fibras, mientras que en el cuero tradicional esto no siempre puede garantizarse, particularmente en un cuero más grueso.

Los métodos descritos en el presente documento también pueden permitir que se formen fibras con una forma geométrica específica, en contraposición a ser de sección transversal simplemente redondeada. Tales técnicas se usan en fibras sintéticas y se ha demostrado que tienen un rendimiento añadido, por ejemplo, en el transporte de la humedad, que aún no se ha logrado en el colágeno, y es posible mediante los métodos descritos en el presente documento.

Aunque las fibras descritas en el presente documento, y los materiales textiles resultantes formados a partir de las mismas, se ilustran normalmente en el presente documento como formados por colágeno procedente de fuentes de cultivo celular (in vitro), debe entenderse que el colágeno usado en cualquiera de estos métodos y materiales textiles no se limita a un tipo particular de colágeno. Además, en estos métodos pueden usarse colágenos sintéticos (obtenidos por ingeniería, con secuencia modificada, etc.) y formarse cualquiera de las fibras y los materiales textiles descritos en el presente documento. Además, debe entenderse que aunque el énfasis de esta divulgación se realiza sobre colágeno procedente de fuentes in vitro (cultivo celular, por ejemplo, levaduras, bacterias, cultivo eucariota, etc.), también puede proceder de fuentes vegetales (incluyendo células vegetales cultivadas o subproductos vegetales, tales como semillas, cáscaras, vainas, etc.) y animales. Por ejemplo, pueden usarse cueros reciclados, cuero de desecho, etc., como fuente de colágeno.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una tabla (tabla 1) que muestra propiedades de fibras textiles a modo de ejemplo (estas propiedades pueden requerirse para el procesamiento aguas abajo para dar hilos y material textil).

La figura 2 ilustra esquemáticamente una variación de un método para formar un material textil tal como se describe en el presente documento.

La figura 3 ilustra esquemáticamente otra variación de un método para formar un material textil tal como se describe en el presente documento (por ejemplo, un material textil de proteínas de colágeno).

La figura 4 ilustra gráficamente la relación entre el diámetro de la aguja y la velocidad de extrusión para un método de formación de una fibra de colágeno a modo de ejemplo tal como se describe en el presente documento (usando un aditivo de hilatura de disolución de colágeno 10 mg/ml que incluye un agente de curtición y un agente de reticulación).

La figura 5 es una tabla que compara las propiedades de fibras de colágeno formadas tal como se describe en el presente documento (por ejemplo, tal como se ilustra en la figura 3) con fibras tradicionales de lana y seda. La figura 6 es una micrografía que ilustra una fibra de seda (a la izquierda) que tiene un diámetro de aproximadamente 10 mm con una fibra de colágeno formada tal como se ilustra en la figura 3, que tiene un diámetro de aproximadamente 20 mm.

La figura 7 es un gráfico que compara el efecto de incorporar un agente de reticulación (en este ejemplo, glutaraldehído) en la disolución de colágeno (por ejemplo, aditivo de hilatura) antes de la extrusión, mostrando que no existe ninguna diferencia en las propiedades mecánicas de la fibra cuando se usa glutaraldehído en cualquiera de la fuerza máxima (g) o el alargamiento (%) a la rotura.

Descripción detallada

En el presente documento se describen métodos de producción de fibras de proteína poliméricas (usando colágeno como proteína), precursores de material textil, y materiales textiles de fuentes distintas de animales, incluyendo en particular fuentes de cultivo celular. Por ejemplo, en el presente documento se describen métodos de formación de materiales textiles no tejidos, materiales textiles tejidos o tricotados y precursores de material textil (por ejemplo, hilos, hebras, etc.) a partir de fibras compuestas por proteínas, específicamente colágeno, procedentes de fuentes humanas incluyendo, pero sin limitarse a, cultivo celular (tanto para procariotas como para eucariotas) de animales o plantas, incluyendo levaduras, bacterias, etc. La fuente de colágeno, que se usa como proteína (por ejemplo, monómeros de proteína o polímeros pequeños) en la presente invención puede ser natural o recombinante. Otras proteínas dadas a conocer en el presente documento sin reivindicarse son fibroína, sericina, caseína, albúmina. Las proteínas pueden producirse de manera natural por algún tipo de célula de mamífero (por ejemplo, fibroblastos, condrocitos, células del músculo liso, etc.), pero también pueden proceder de animales o plantas. En otros casos, las células que producen la proteína (por ejemplo, células de mamíferos, levaduras o bacterias, vegetales) pueden modificarse mediante ingeniería para formar la proteína de interés y o bien mantenerse dentro de la célula o bien secretarse al espacio extracelular. En algunas variaciones, particularmente cuando no se secreta la proteína, puede recogerse la proteína de la célula (por ejemplo, levadura o bacteria) mediante lisis. Alternativa o adicionalmente, las proteínas solubles pueden recogerse directamente del medio. En el presente documento también se describen materiales textiles elaborados mediane estos métodos.

Por ejemplo, en el presente documento se describen métodos de elaboración de fibras de colágeno para su uso en la fabricación de telas textiles. Estos materiales textiles pueden tener características similares a las del cuero sumamente controladas que son superiores a, o en algunos casos muy diferentes de, los cueros fabricados anteriormente.

En cualquiera de estas variaciones, pueden obtenerse células animales especializadas que secretan colágeno (por ejemplo, fibroblastos, células del músculo liso, etc.) de animales tales como ganado bovino, porcino, ovino, etc., de animales vivos mediante biopsia o pueden extraerse de animales sacrificados para obtener su carne. Alternativamente, pueden usarse líneas celulares existentes (líneas celulares de mamífero), o células bacterianas y/o de levadura que expresan colágeno o alguna otra proteína productora de fibra. Las células pueden hacerse crecer en condiciones controladas usando técnicas convencionales de cultivo celular hasta que esté disponible un número suficiente de las mismas para producir una cantidad específica de proteína (usada para formar la tela).

En los métodos y sistemas en los que se usan células adherentes para producir colágeno, las células pueden sembrarse en placa en las superficies de las placas de cultivo con diferente curvatura (tanto más planas como curvas, tal como la superficie interior de frascos giratorios; la superficie exterior de un mandril cilíndrico de cultivo celular) y cultivarse en presencia de ácido ascórbico para secretar colágeno. Después de varios días (dependiendo del tipo de célula), normalmente aparece una capa de colágeno bajo las células sembradas en placa (y multiplicadas). Las células aparecen predominantemente en la superficie de contacto con el medio de cultivo para maximizar su exposición a los nutrientes. (Un pequeño número de células permanece en la matriz de colágeno secretada y en la superficie de contacto inferior con el recipiente de cultivo). Además, la secreción de colágeno por debajo de esta capa de células es ventajosa ya que el espacio limitado entre las células y el fondo del recipiente de cultivo representa un entorno restringido, que actúa eficazmente como elemento de aglomeración. El colágeno secretado al medio de cultivo por encima de la capa de células tiende a fluir fuera de las células, lo que hace que la formación de fibrillas y fibras sea ineficaz. Aparece una concentración significativa de procolágeno soluble en el medio de cultivo. La capa de colágeno está compuesta sustancialmente por fibrillas de longitud variable y diámetro de aproximadamente 0,1 micrómetros. En este ejemplo, puede realizarse entonces la descelularización de la construcción con métodos conocidos para retirar la capa de células de la parte superior de la lámina de colágeno, que luego vuelve a sembrarse con células nuevas. Estas, por un lado, se unen fuertemente a la capa de colágeno por debajo y, por otro lado, comienzan a secretar su propio colágeno. La nueva siembra da como resultado una lámina de colágeno más gruesa, permaneciendo la mayoría de las células nuevamente en la superficie de contacto superior de la construcción con el medio de cultivo. Este procedimiento puede continuarse hasta que se logre el grosor deseado de la construcción.

La MEC (matriz extracelular) obtenida mediante ingeniería puede digerirse para dar lugar a monómeros de colágeno o fibrillas de colágeno individuales, mediante métodos conocidos, incluyendo métodos enzimáticos. Estas unidades pueden usarse entonces para reconstituir la matriz mediante métodos conocidos para formar geles de colágeno, que a su vez pueden extruirse para formar fibras largas para enrollarse o fibras cortadas para materiales no tejidos o tejidos o para producir hilos para tricotar. En algunas variaciones, una disolución de colágeno a partir de la cual pueden hilarse fibras tal como se describe en el presente documento puede incluir formar una disolución de colágeno mediante la formación de una disolución de monómeros de colágeno en la disolución a un pH ácido.

La MEC obtenida mediante ingeniería puede combinarse en pequeños fragmentos y homogeneizarse. La construcción combinada puede secarse entonces y convertirse en una sustancia en forma de polvo a través de, por ejemplo, liofilización. Este polvo puede almacenarse convenientemente hasta su uso. El polvo puede rehidratarse en una disolución que contenga agente de reticulación. En este procedimiento, la viscosidad de la suspensión resultante y sus propiedades mecánicas pueden controlarse convenientemente. El polvo también puede mezclarse con otro material exógeno para un mayor control de las propiedades del material. La suspensión resultante puede usarse para la formación de fibras mediante extrusión tal como se describe en el presente documento.

Tal como se usa en el presente documento, el término “colágeno” puede referirse a una proteína estructural que se encuentra en el tejido conjuntivo animal. Hasta ahora, se han identificado y descrito 28 tipos de colágeno. Pueden dividirse en varios grupos según la estructura que formen, por ejemplo, fibrilares (tipo I, II, III, V, XI), FACIT (asociados a fibrillas con hélices triples interrumpidas) (tipo IX, XII, XIV), de cadena corta (tipo VIII, X), de membrana basal (tipo IV) y otros tipos (tipo VI, VII, XIII). Aunque el colágeno se encuentra en muchos lugares en el cuerpo humano, más del 90% del colágeno del cuerpo, sin embargo, es de tipo I. El colágeno es una proteína estructural larga y fibrosa cuyas funciones son bastante diferentes de las de las proteínas globulares, tales como las enzimas. Los colágenos son componentes principales de la matriz extracelular que soporta la mayor parte de los tejidos y da estructura a las células desde el exterior. El colágeno tiene una gran resistencia a la tracción y es el componente principal de la fascia, el cartílago, los ligamentos, los tendones, los huesos y la piel. Junto con la queratina blanda, es responsable de la resistencia y elasticidad de la piel, y su degradación conduce a las arrugas que acompañan al envejecimiento. Fortalece los vasos sanguíneos y desempeña un papel en el desarrollo de los tejidos. Está presente en la córnea y el cristalino del ojo en forma cristalina. Tal como se usa en el presente documento, el colágeno puede ser de cualquier tipo apropiado.

Tal como se usa en el presente documento, el término “cultivo celular” puede referirse al procedimiento mediante el cual se hacen crecer células en condiciones controladas, generalmente fuera de su entorno natural. En la práctica, el término “cultivo celular” puede referirse al cultivo de células derivadas de eucariotas multicelulares, especialmente células animales, así como organismos unicelulares, incluyendo bacterias y levaduras. Por tanto, las células cultivadas pueden derivarse de plantas, hongos, microbios, incluyendo virus, bacterias y protistas. Los cultivos pueden ser adherentes (por ejemplo, hechos crecer sobre un sustrato) o estar en suspensión, o alguna combinación de los mismos. Los métodos descritos en el presente documento pueden usar cualquier técnica de cultivo celular apropiada y pueden usar cualquier tipo de célula apropiado.

Sin embargo, las proteínas para elaborar fibras (incluyendo el colágeno usado como proteína según la presente invención) también pueden proceder directamente de animales o plantas vivos o muertos.

En algunas variaciones, los métodos descritos en el presente documento pueden usar cohesionado por chorro de agua como parte del método para formar telas no tejidas. Tal como se usa en el presente documento, el término cohesionado por chorro de agua puede referirse a un procedimiento de adhesión para bandas fibrosas húmedas o secas obtenidas por cardado, deposición por aire o deposición por vía húmeda, siendo la tela adherida resultante un material no tejido. El cohesionado por chorro de agua puede usar chorros de agua finos a alta presión que penetran en la banda, golpean la cinta transportadora (o “alambre” como en el transportador de fabricación de papel) y rebotan haciendo que las fibras se cohesionen. El cohesionado por chorro de agua se conoce a veces como consolidación por chorro de agua, surgiendo este término porque los primeros materiales no tejidos se cohesionaban en transportadores con un ligamento estampado que les daba a los materiales no tejidos un aspecto de encaje. También puede considerarse como un equivalente bidimensional de hilar fibras para dar hilos antes de tejer. La presión del agua influye directamente sobre la resistencia de la banda, y presiones muy altas no sólo cohesionan, sino que también pueden dividir las fibras en microfibras y nanofibras, lo que le da al material no tejido cohesionado por chorro de agua resultante una textura similar al cuero o incluso sedosa. Este tipo de material no tejido puede ser tan fuerte y resistente como las telas tejidas compuestas por las mismas fibras.

Las fibras formadas a partir de materiales de cultivo celular tal como se describe en el presente documento pueden formarse mediante hilatura, incluyendo hilatura en húmedo. La hilatura puede referirse a un procedimiento de fabricación para crear fibras de polímero que es una forma especializada de extrusión que usa una hilera para formar múltiples filamentos continuos. Hay muchos tipos de hilatura: en húmedo, en seco, inyección en seco-hilatura en húmedo, por fusión, en gel y electrohilatura. En general, un procedimiento de hilatura puede implicar convertir en primer lugar el polímero que está hilándose en un estado fluido. Esta etapa puede ser innecesaria en algunas de las variaciones enseñadas en el presente documento, en las que las células cultivadas ya pueden secretar y/o liberar los componentes de la fibra (por ejemplo, colágeno) al medio de cultivo. El material fluido que incluye el polímero puede forzarse entonces a través de la hilera, donde forma fibras largas. A diferencia de la hilatura de polímeros sintéticos tradicionales, las técnicas de hilatura descritas en el presente documento no requieren (y pueden no usar) calentamiento/fusión de la disolución de aditivo de hilatura; en cambio, la disolución de colágeno puede estar formada por colágeno monomérico que se solubiliza en una disolución ácida. En general, la disolución de colágeno y las fibras de colágeno extruidas pueden mantenerse a bajas temperaturas (por ejemplo, de menos de 50°C, menos de 45°C, menos de 40°C, aproximadamente a temperatura ambiente, etc.), lo que puede impedir la degradación de las fibras. Las fibras extruidas pueden solidificarse después de la extrusión. En algunas variaciones, las fibras se extruyen en una segunda disolución que puede modificar el pH (por ejemplo, neutralizar el pH) de las fibras y se dejan enfriar; puede enfriarse hasta un estado gomoso y luego hasta un estado solidificado.

Tal como se usa en el presente documento, la hilatura en húmedo puede referirse al más antiguo de los cinco procedimientos de hilatura. Este procedimiento se usa para polímeros que necesitan disolverse en un disolvente para hilarse. La hilera se sumerge en un baño químico que hace que la fibra precipite y luego solidifique a medida que emerge. El procedimiento recibe su nombre de este baño “húmedo”. Tal como se describirá en el presente documento, este procedimiento puede modificarse para curtir al menos parcialmente (por ejemplo, exponer a uno o más metales de curtición, tales como cromo) las fibras formadas o en formación. Una variante de la hilatura en húmedo es la inyección en seco-hilatura en húmedo, en la que la disolución se extruye al aire y se estira, y luego se sumerge en un baño líquido.

La hilatura en seco también puede usarse para polímeros que deben disolverse en disolvente. Se diferencia en que la solidificación se logra a través de la evaporación del disolvente. Esto se logra habitualmente mediante una corriente de aire o gas inerte. Debido a que no hay líquido precipitante involucrado, no es necesario secar la fibra y el disolvente se recupera más fácilmente. La hilatura por extrusión puede usar microgránulos o gránulos del polímero sólido que se alimentan a una extrusora. Los microgránulos se comprimen, se calientan y se funden mediante un husillo de extrusión, luego se alimentan a una bomba de hilatura y a la hilera. La hilatura directa evita la etapa de microgránulos de polímero sólido y, en cambio, el polímero fundido se produce a partir de las materias primas, y luego desde el elemento de terminación de polímero se bombea directamente a la hilandería. La hilatura en gel, también conocida como hilatura en seco-húmedo, puede usarse para obtener una alta resistencia u otras propiedades especiales en las fibras. El polímero está en un estado de “gel”, sólo parcialmente líquido, lo que mantiene las cadenas de polímero algo unidas. Estas uniones producen fuerzas entre cadenas fuertes en la fibra, lo que aumenta su resistencia a la tracción. Las cadenas de polímero dentro de las fibras también tienen un alto grado de orientación, lo que aumenta la resistencia. Las fibras se secan en primer lugar al aire y luego se enfrían adicionalmente en un baño líquido. A través de este procedimiento se producen algunas fibras de polietileno y aramida de alta resistencia. La electrohilatura usa una carga eléctrica para extraer fibras muy finas (normalmente en la escala micrométrica o nanométrica) a partir de un líquido, ya sea una disolución de polímero o un polímero fundido. La electrohilatura comparte características tanto de la electropulverización como de la hilatura en seco de fibras en disolución convencional. El procedimiento no requiere el uso de tratamiento químico de coagulación ni altas temperaturas para producir hebras sólidas a partir de la disolución. Esto hace que el procedimiento sea particularmente adecuado para la producción de fibras usando moléculas grandes y complejas. Las fibras pueden estirarse para aumentar la resistencia y la orientación. Esto puede realizarse mientras el polímero aún se está solidificando o después de que se haya enfriado por completo.

Tal como se usa en el presente documento, un material textil o paño puede referirse a un material tejido, no tejido o tricotado flexible que consiste en una red de fibras naturales o artificiales a las que a menudo se hace referencia como hebra o hilo. El hilo se produce hilando fibras sin procesar de lana, lino, algodón u otro material para producir hebras largas. Los materiales textiles pueden formarse mediante una variedad de métodos, incluyendo, pero sin limitarse a, tejer, tricotar, hacer ganchillo, anudar o fieltrar. Las palabras tela y paño pueden usarse como sinónimos de material textil. Sin embargo, en algunos contextos, un material textil puede referirse a cualquier material compuesto por fibras entrelazadas; una tela puede referirse a cualquier material confeccionado mediante tejeduría, tricotado, extensión, ganchillo o unión que pueda usarse en la producción de otros artículos (prendas de vestir, etc.). Paño puede usarse como sinónimo de tela. Fieltro es un material textil que normalmente se produce mediante apelmazamiento, condensación y prensado de las fibras entre sí. Tal como se usa en el presente documento, una fibra puede referirse a una hebra, a un filamento o a un hilo a partir del cual puede formarse un material textil.

Los métodos descritos en el presente documento pueden usarse para producir telas mediante fibras no tejidas compuestas por colágeno como proteína (secretado por células u obtenido mediante cualquier otro método). El colágeno, así como otras proteínas, como fibroína, sericina, caseína, albúmina, pueden producirse de manera natural por algunos tipos de células de mamíferos (fibroblastos, condrocitos, células del músculo liso, etc.). En otros casos, las células (células de mamíferos, levaduras o bacterias) pueden modificarse mediante ingeniería para formar la proteína de interés y o bien mantenerse dentro de la célula o bien secretarse al espacio extracelular. Tal como se mencionó anteriormente, para recoger la proteína de la célula, es necesario lisar las células (por ejemplo, levaduras o bacterias); las proteínas solubles pueden recogerse directamente del medio.

Ejemplo 1: formación de fibras a partir de proteínas solubles

Las proteínas solubles (específicamente el colágeno tal como se usa en la presente invención según se reivindica) pueden aislarse de un medio de cultivo celular mediante técnicas tales como concentración por precipitación, diálisis y liofilización. Por ejemplo, puede usarse material liofilizado para formar las fibras mediante uno de los 2 métodos siguientes. En el método 1 (ilustrado a continuación), las proteínas pueden solubilizarse en un tampón y la disolución se deposita en una capa delgada sobre una placa de vidrio y se sopla con aire para inducir la formación de fibras. Después de una etapa de reticulación, pueden rasparse las fibras del vidrio. Las fibras se curtirán con un procedimiento modificado. En otro método, el método 2, la proteína (específicamente el colágeno tal como se usa en la presente invención según se reivindica) se disuelve en un disolvente antes de la hilatura en húmedo (extrusión), tal como se describió brevemente antes. Para formar fibras, la disolución de proteína puede empujarse a través de una boquilla directamente a un baño de coagulación. La forma y las propiedades mecánicas de las fibras extruidas pueden ajustarse (por ejemplo, mediante la velocidad de extrusión, variando la concentración de la disolución de proteína, etc.). A medida que los filamentos emergen de la hilera hacia el baño de extinción de reticulación y coagulación de hilatura en húmedo, los filamentos pueden coalescer en una fibra multifilamento y luego enrollarse o recogerse en forma de hilo. Alternativamente, pueden recogerse varias fibras multifilamento para dar un “haz de cintas de filamentos continuos” que luego se “pican” o se colocan uniformemente en una caja o un recipiente denominado “caja tote". Si las fibras se enrollaron, pueden estirarse en primer lugar usando un dispositivo tal como una unidad de estiraje McCoy Ellison para orientar adicionalmente las fibrillas en el filamento, aumentando de ese modo la resistencia (tenacidad) del filamento, a la vez que se disminuye su diámetro o denier. Las fibras estiradas pueden volver a bobinarse sobre cilindros o pueden bobinarse directamente sobre una viga para su uso en operaciones de tejeduría o tricotado por urdimbre.

El primer método (método 1) para formar fibras de colágeno puede ser similar al descrito por Y. Wu, Kai Wang, Gisela Buschle-Diller y Mark R. Liles (“Fiber Formation by Dehydration-Induced Aggregation of Albumin”) J. APPL. POLYM. SCI. 2013. Pueden cultivarse células modificadas por ingeniería para secretar proteínas (por ejemplo, albúmina) hasta que la concentración de proteína alcance un nivel predeterminado (por ejemplo, > 1 mg/ml). Las proteínas pueden precipitarse, por ejemplo, mediante la adición de sulfato de amonio (máx. 4 M) o mediante etanol frío (EtOH 9:1; medio (v/v)). El precipitado puede recuperarse mediante centrifugación y las proteínas (por ejemplo, 10 mg/ml) pueden solubilizarse en un tampón (por ejemplo, Na2SO410 mM, DTT 45 mM ajustado a pH 4,7 con HCl). La disolución puede verterse sobre un sustrato, tal como una placa de vidrio, y secarse mediante flujo de aire a 30°C con baja humedad (por ejemplo, menos del 30%). Las fibras pueden reticularse entonces (por ejemplo, usando vapor de formaldehído en metanol o EDC) y luego enjuagarse con alcohol y secarse al aire. Las fibras también pueden desprenderse por inmersión en acetonitrilo o simplemente raspándolas de la placa.

En cualquiera de los métodos descritos en el presente documento, pueden usarse células cultivadas para hacer crecer la proteína (específicamente el colágeno tal como se usa en la presente invención según se reivindica) para producir las fibras, y estas fibras (de colágeno) pueden curtirse como parte del procedimiento de fabricación. La curtición puede realizarse de una manera que antes no era posible o no se había usado cuando se fabricaban materiales textiles. Por ejemplo, la curtición de las fibras puede iniciarse durante su extrusión (por ejemplo, en la disolución/el aditivo de hilatura a partir del cual se extruyen) o después de enrollarlas. La curtición también puede realizarse en el hilo o la tela final compuesta por estas fibras mediante métodos de confección de material textil (véase a continuación). La curtición durante (incluyendo antes de) la extrusión permite que esencialmente cada filamento de proteína se curta por separado y, por tanto, pueda dar lugar a filamentos con propiedades de material considerablemente diferentes dependiendo de los productos químicos de curtición específicos, o su combinación, usados.

En particular, la curtición puede producirse incluyendo un agente de curtición (por ejemplo, cromo, etc.) en la disolución de proteína, específicamente colágeno, antes de extruir la fibra; también puede incluirse un agente de reticulación (o bien antes, durante o bien después de la curtición usando un agente de curtición en el baño). Por ejemplo, cuando se forman (por ejemplo, mediante extrusión) fibras de colágeno en una disolución, la disolución que contiene las proteínas filamentosas también puede contener un agente de curtición tal como el cromo (el agente de curtición ubicuo) y/o agentes de reticulación, por ejemplo, tales como glutaraldehído o EDC. La cantidad o concentración de tales agentes puede ser extremadamente baja, ya que las fibras serían muy accesibles. Estas fibras curtidas pueden procesarse adicionalmente para dar una tela con métodos conocidos en la industria textil para formar telas tejidas, no tejidas o tricotadas. Alternativa o adicionalmente, la curtición puede realizarse después de que las fibras se hayan convertido en un hilo o una tela, en cuyo caso imitará la curtición de los pellejos de animales.

Tal como se mencionó anteriormente, cualquiera de estos métodos puede usarse para formar telas o materiales textiles no tejidos. Las fibras producidas a partir de proteínas solubles tal como se describe en el presente documento pueden tener propiedades físicas similares a las propiedades de las fibras textiles (véase, por ejemplo, la figura 1, que muestra la tabla 1, que describe las propiedades de los materiales textiles conocidos). Por tanto, estas fibras formadas de materiales de cultivo celular podrían procesarse para dar lugar a hilos y telas textiles usando métodos de procesamiento de material textil aguas abajo que se usan tradicionalmente para fibras cortadas y de filamentos. Por tanto, las fibras de proteína, específicamente las fibras de colágeno, pueden usarse para fabricar telas no tejidas, tejidas y tricotadas. También pueden usarse para fabricar estructuras trenzadas tanto sólidas como huecas.

Por ejemplo, si las fibras se recogen como una cinta de filamentos continuos, la cinta de filamentos continuos puede rizarse y luego cortarse a una longitud de 1,8 a 2,5 cm para formar una “fibra cortada”. Las fibras cortadas rizadas pueden embalarse entonces para su envío a una instalación de hilatura de hilo o a una instalación de procesamiento de material no tejido. Los hilos discontinuos compuestos por colágeno pueden usarse en una variedad de métodos de fabricación de material no tejido. Para garantizar la uniformidad, pueden combinarse entre sí varias balas de fibras cortadas de proteína. Las fibras pueden “abrirse” entonces para garantizar que no haya grumos de fibras y luego las fibras abiertas se conforman en una banda. Puede usarse cualquier procedimiento apropiado de formación de banda incluyendo, pero sin limitarse a, métodos de cardado, aerodinámicos o de deposición por aire, dinámicos centrífugos y de deposición por vía húmeda. Pueden acumularse varias capas de bandas o bien mediante solapamiento en paralelo o bien cruzado de las bandas. Tal como se mencionó anteriormente, las bandas pueden formarse de fibras que se hayan curtido tal como se describió anteriormente. Las bandas pueden consolidarse entonces usando procedimientos mecánicos, químicos o térmicos. Los procedimientos mecánicos incluyen, pero no se limitan a, ligado por cosido, fieltrado o cohesionado por chorro de agua (consolidación por chorro de agua). Pueden usarse métodos químicos para consolidar la banda, tales como látex de vinilo aplicado mediante saturación o impresión. Si se combinan fibras cortadas termoplásticas de bajo punto de fusión con las fibras cortadas de colágeno, entonces pueden usarse métodos de consolidación térmica de la banda tales como calandrado, calor radiante o convectivo o unión sónica. Pueden estamparse en relieve en la banda patrones similares al cuero. La banda consolidada puede adoptar la textura de la pantalla de soporte o del rodillo de cohesionado por chorro de agua. Si no se ha realizado curtición a nivel de fibras, entonces la banda consolidada de fibras de proteína puede curtirse y luego teñirse, imprimirse y terminarse para lograr una amplia variedad de aspectos de cuero.

También pueden usarse fibras de proteína para fabricar hilos hilados y telas tejidas o tricotadas. Los métodos de procesamiento típicos de fibras cortadas en los que pueden usarse las fibras de proteína incluyen rizar, cortar a la longitud deseada, normalmente de 1,8 a 2,5 cm, seguido por combinar, abrir, cardar, peinar, mechar, formar una cinta de hilatura, hilar en hebras (hilos) retorciendo para aumentar la resistencia y enrollando para obtener tubos o “paquetes” individuales de extremos simples de hilo. Los métodos de hilatura de hilo que pueden usarse incluyen, pero no se limitan a, hilatura en anillo, hilatura de extremo abierto e hilatura por chorro de aire. Estos tubos de hilo pueden usarse directamente en tricotado circular y en la fabricación de un relleno o una trama (dirección transversal o de anchura) de una tela tejida.

Pueden montarse carretes individuales de hilo de proteína en una fileta que contiene muchos cientos de paquetes de hilo de este tipo. Cada uno de los extremos del hilo de proteína puede “dimensionarse” con un producto químico similar al almidón para endurecerlo temporalmente y luego enrollarlo, colocándose cada hilo de manera precisa sobre sí mismo a lo largo de la longitud de un tubo de metal largo denominado viga. Las fibras de proteína en la viga pueden usarse entonces para obtener la urdimbre o la dirección longitudinal de una tela tejida.

Los hilos de colágeno enrollados en un carrete pueden insertarse en la dirección de anchura para realizar el relleno o la trama de una tela tejida. Los hilos de colágeno son lo suficientemente fuertes como para soportar los cinco movimientos básicos de la tejeduría: desenrollado, formación de calada, paso por batán, golpeo y enrollado de la tela. Los tipos de telares en los que pueden tejerse las fibras de proteína incluyen, pero no se limitan a, telares de lanzadera, telares de proyectil, telares de pinzas, telares de chorro de agua, telares de chorro de aire y telares Jacquard.

Los hilos de colágeno pueden usarse para confeccionar cualquier variedad de telas tejidas, incluyendo, pero sin limitarse a, ligamentos tafetán que incluyen acanalado por urdimbre, acanalado por relleno y ligamento esterilla. También pueden usarse para obtener todos los ángulos de ligamentos sarga, ligamentos satén, ligamentos por ratiera, ligamentos Jacquard, ligamentos gasa, ligamentos de pelo de urdimbre y relleno, incluyendo pana, veludillo, terciopelo y felpa.

Las fibras de proteína formadas tal como se describe en el presente documento pueden usarse para fabricar telas tricotadas. Las fibras de proteína procesadas usando los métodos de procesamiento de fibras cortadas descritos anteriormente para formar hilos de proteína pueden usarse directamente para fabricar telas de punto de trama. Los métodos de fabricación de telas de punto de trama que usan hilos a base de fibra de proteína incluyen, pero no se limitan a, tejido de punto circular simple y doble y tejido de punto de fontura plana o fontura en V. Los tipos de telas y puntadas tricotadas que pueden producirse usando fibras de proteína incluyen, pero no se limitan a, tejido de punto de ocho cerrojos, punto de tendencia, punto indesmallable, punto jersey, punto franela jersey, punto revés-revés, punto milanés, punto de pelo, terciopelo, piqué, punto de canalé, medias, ante y malla retenida. Las fibras de proteína también pueden tricotarse directamente de la cinta de hilatura para evitar la necesidad de hilar hilos.

Pueden usarse fibras de filamento de colágeno en el tricotado por urdimbre. En el tricotado por urdimbre, las fibras de filamento de colágeno no se hilan para dar lugar a hilos, sino que más bien se usan directamente después del estiraje para aumentar la resistencia y disminuir el denier. La primera etapa de este procedimiento es formar una viga similar a las vigas descritas anteriormente para su uso en telas tejidas. Los tipos de telas de punto por urdimbre que pueden confeccionarse a partir de fibra de filamento de colágeno incluyen Tricot y Raschel. Otros tipos de telas tricotadas que también pueden confeccionarse incluyen Powernet (si se mezcla con goma o Spandex), Simplex, Raschel de barra de doble aguja para terciopelo tricotado e inserción de trama.

Todas las telas no tejidas, tejidas y tricotadas compuestas por fibras cortadas y de filamentos de colágeno pueden curtirse y luego teñirse y terminarse usando una variedad de técnicas apropiadas para telas de cuero fino.

La figura 2 ilustra un método genérico de formación de un material textil (por ejemplo, un material textil similar al cuero) tal como se describe en el presente documento. En la figura 2, la primera etapa ilustrada es cultivar células formadoras de colágeno para que produzcan colágeno a un nivel significativo 201. El nivel puede determinarse empíricamente (mediante muestreo directo o indirecto), incluyendo mediante muestreo para el nivel de la proteína o para el crecimiento de las células que producen el colágeno.

A continuación, el colágeno desarrollado mediante el cultivo de las células puede recogerse de modo que se suspenda en una disolución (que puede concentrarse y/o liofilizarse) 203A. Esta disolución que incluye el colágeno puede usarse luego para formar las fibras mediante cualquiera de los métodos descritos en el presente documento o conocidos de otro modo (por ejemplo, mediante extrusión, hilatura, liofilización en placa, etc.) 205. Opcionalmente (tal como se indica mediante las líneas discontinuas en la figura 2), las fibras pueden curtirse, por ejemplo, inmediatamente después de y/o durante el procedimiento de formación de fibras 207 (por ejemplo, añadiendo y/o incluyendo un agente de curtición en la disolución antes de formar la fibra, por ejemplo, mediante hilatura). Por ejemplo, puede incluirse un agente de curtición tal como cromo y/u otros metales o un agente de fijación en la extrusión en húmedo, o bien mezclándolo con la disolución de colágeno o bien añadiéndolo al baño de coagulación. A continuación, puede formarse un material textil 209 (por ejemplo, tejido, no tejido, etc.). El material textil puede curtirse también o en cambio puede curtirse durante/después de la formación de fibras. Puede incluirse una etapa de reticulación adicional o alternativa (no mostrada) con uno o más agentes de reticulación en la disolución de colágeno a partir de la cual se forman las fibras y/o pueden reticularse después (por ejemplo, inmediatamente después) de que se formen las fibras.

Por tanto, en general, las fibras de proteína pueden curtirse durante o inmediatamente después de la formación, como fibras en lugar de pellejos y/o materiales textiles. Aunque puede usarse cualquier método de formación de fibras apropiado (incluyendo el que se muestra, por ejemplo, por Silver et al. en el documento US 5.171.273), los materiales y métodos descritos en el presente documento son distintos, ya que proporcionan por primera vez un método (y el material textil resultante) que se curte y/o se reticula antes de formar las fibras que luego pueden usarse para formar un material textil (por ejemplo, una tela). Sorprendentemente, los métodos descritos en el presente documento pueden permitir que las fibras individuales se formen precurtidas (por ejemplo, en una fase en la que las fibras y los componentes de la fibra son fácilmente accesibles de manera individual), y el material resultante puede tener propiedades que de otro modo no pueden obtenerse en materiales naturales o sintéticos (por ejemplo, cueros) al formarse de manera diferente mediante los métodos descritos en el presente documento y el material textil resultante puede tener nuevas propiedades. Puede que tales propiedades no hayan sido posible o no se hayan observado con el cuero original antes, incluyendo, pero sin limitarse a, superhidrofobicidad, superoleofobicidad, retardo del fuego, resistencia a la abrasión, cambio de color cromatográfico, capacidad de respuesta térmica, resistencia al agua potenciada, etc. Generalmente, la curtición del cuero normal (recogido de animales) es difícil y requiere una comprensión química compleja del procedimiento subyacente, que puede ajustarse basándose en las propiedades individuales del pellejo que está curtiéndose. En cambio, los métodos descritos en el presente documento pueden permitir, al curtir las fibras cuando son solubles o en cualquier caso de fácil acceso, que la complejidad se simplifique y logre un curtido casi homogéneo mediante el uso de concentraciones más bajas y/o tipos alternativos de agentes de curtición para estabilizar la proteína e impedir la putrefacción. Los métodos descritos en el presente documento pueden permitir una curtición óptima o casi óptima al permitir el acceso a cada fibra de proteína formada.

Tal como se mencionó anteriormente, los materiales textiles formados tal como se describe en el presente documento pueden formar un material similar al cuero, y estos materiales textiles pueden usarse de cualquier manera en la que pueden usarse los cueros normales o sintéticos. Por ejemplo, los materiales textiles descritos en el presente documento pueden usarse, sin limitación, como parte de una prenda de vestir, un accesorio o un mueble (por ejemplo, zapatos, bolsos, correas de reloj, chaquetas, pantalones, tapicería, etc.).

La figura 3 ilustra otra variación de un método para confeccionar un material textil usando los métodos descritos en el presente documento. La figura 3 es similar a la figura 2, pero incluye preparar la disolución (aditivo de hilatura) 207 que incorpora un agente de curtición y/o un agente de reticulación en la disolución antes de formar la fibra (por ejemplo, mediante extrusión) 205.

Tal como se mencionó anteriormente, puede usarse cualquier método de formación de fibras apropiado. Por ejemplo, cuando las fibras pueden extruirse a partir de una hilera, que puede incluir una aguja (por ejemplo, mediante hilatura). La figura 4 ilustra cómo el diámetro de la aguja y la velocidad de extrusión de la disolución de proteína (por ejemplo, en este ejemplo disolución de colágeno) en el baño afectan al diámetro de la fibra formada. En este ejemplo, la concentración de colágeno en la disolución de colágeno es de aproximadamente 10 mg/ml.

En general, los inventores han descubierto que, cuando se usa una disolución de colágeno para formar fibras de colágeno, la concentración de colágeno es un parámetro importante. Se encontró que una disolución de colágeno de 10 mg/ml era óptima ya que la formación de fibras se vuelve más difícil a medida que disminuye la concentración. Aunque en algunos casos se hiló satisfactoriamente una baja concentración de 3,4 mg/ml de colágeno puro para dar una fibra usando una aguja de calibre 25, con la adición de agente de reticulación (glutaraldehído) y un agente curtición (por ejemplo, cromo), no pudo formarse ninguna fibra para la concentración de colágeno a 3 mg/ml, y fue necesario un mínimo de 7 mg/ml para la formación de fibras.

Además, la longitud de la fibra formada puede depender de la velocidad de extrusión, el diámetro de la aguja y/o la concentración de colágeno. Si se empuja muy poco colágeno a través de la aguja, la fibra se romperá. Si se empuja demasiado, el colágeno se acumulará en la punta de la aguja y no se formará fibra. Para cada calibre de aguja, puede ajustarse la velocidad. Tal como se ha mencionado, el uso (y el tipo) de agente de reticulación y/o agente de curtición también puede modificar la velocidad óptima, ya que la viscosidad de la disolución de colágeno también puede aumentar. Sorprendentemente, a pesar del cambio en la viscosidad con el uso de agentes de reticulación y/o de curtición en la disolución, se identificaron las condiciones en las que podían formarse fibras (por ejemplo, generalmente concentraciones superiores a 5 mg/ml a una velocidad de entre 70 y 300 |il/min usando una aguja de calibre 21-28).

Las fibras de colágeno formadas tal como se describe en el presente documento son notablemente uniformes en cuanto a propiedades, particularmente en la distribución del agente de curtición y/o agente de reticulación. Una sección a lo largo del diámetro de una fibra muestra que la distribución del agente de curtición y/o de reticulación es casi perfectamente uniforme en prácticamente todo (por ejemplo, > 90%) el colágeno usado en un material textil formado tal como se describe en el presente documento.

Además, las fibras de colágeno formadas tal como se describe en el presente documento (por ejemplo, usando un método tal como el que se muestra en la figura 3) pueden tener propiedades tan buenas o mejores que las fibras naturales o fibras sintéticas, tal como las que se muestran en la figura 1. La figura 5 es una segunda tabla que compara las propiedades físicas (diámetro del filamento, tenacidad, alargamiento a la rotura) de las fibras de colágeno formadas tal como se describe en el presente documento en comparación con fibras de lana y seda naturales. La figura 6 también ilustra una comparación microscópica entre las fibras de seda del gusano de seda Bombix (mostradas a la izquierda, que tienen un diámetro de 10 |im) y una fibra de colágeno formada tal como se describe en el presente documento (mostrada a la derecha, que tiene un diámetro de 20 |im). Estas comparaciones indican que las fibras de colágeno formadas tal como se describe en el presente documento pueden tener propiedades en el intervalo requerido por la industria de materiales textiles y pueden ser útiles para confeccionar telas que se fabrican más a menudo usando materiales textiles y métodos tradicionales.

Agentes de reticulación y agentes de curtición

Tal como se mencionó anteriormente, en general puede usarse cualquier agente de reticulación y agente de curtición apropiados. Puede ser necesaria la adición de un agente de reticulación tal como glutaraldehído para obtener una fibra que sea insoluble en agua. Sin reticulación, las fibras de colágeno pueden hincharse y volver a solubilizarse en agua. En variaciones en las que la reticulación se realiza después de la extrusión (por ejemplo, la figura 2), las fibras pueden colocarse durante la noche en una disolución al 2% (por ejemplo, disoluciones entre aproximadamente el 1 y el 4%) de glutaraldehído en acetona o metanol. En variaciones en las que se añade el agente de reticulación (agente reticulante) antes de la extrusión (por ejemplo, en la disolución de colágeno), la concentración final de glutaraldehído puede ser del 1,2% (aunque podría usarse un intervalo similar del 1 al 4%). La adición del agente de reticulación durante los métodos de formación de una fibra (y un material textil) tal como se describe en el presente documento (por ejemplo, véase la figura 3) no afecta a las propiedades mecánicas de las fibras, tal como se ilustra en la figura 7. En la figura 7, la fuerza máxima (barras a la derecha de cada par) y el alargamiento a la rotura (barras a la izquierda de cada par) no son significativamente diferentes para las fibras sin y con la adición de glutaraldehído.

De manera similar, pueden usarse agentes curtición para estabilizar la estructura del colágeno. Uno de los mayores beneficios de curtir una fibra tal como se describe en el presente documento es la estabilidad hidrotérmica resultante de las fibras después de la curtición. En el cuero tradicional, el agente de curtición tiene que penetrar en el pellejo, lo que puede resultar difícil, llevar mucho tiempo y, normalmente, no es uniforme (ya que inevitablemente se producirá un gradiente de concentración). Normalmente, todo el pellejo se expone a un agente de curtición (único) particular y no puede lograrse un tratamiento local para un efecto o una propiedad particular. Los métodos descritos en el presente documento pueden permitir la curtición de cada fibra del material. Además de la termorresistencia, pueden darse otras propiedades a la totalidad o a parte de las fibras que componen las telas. Por ejemplo, parte de las fibras pueden ser resistentes al fuego. Podrían producirse e incorporarse en un material una variedad de fibras con diferentes propiedades. Dado que las fibras se preparan por separado, también podrían mezclarse con otras fibras textiles para lograr otras estéticas o propiedades de las telas.

Las pruebas de las fibras formadas tal como se describe en el presente documento han demostrado que el curtido (por ejemplo, curtido al cromo) de las fibras durante aproximadamente 5 minutos en la disolución antes de extruir la fibra da como resultado fibras que tienen una propiedad hidrotérmica similar en comparación con las fibras originales y el cuero tradicional. Por ejemplo, se colocaron en agua fibras curtidas y extruidas tal como se ilustra en la figura 3 y se calentaron hasta al menos 95°C sin degradación, en comparación con los materiales de cuero curtidos tradicionalmente.

Procesamiento tras la extrusión

Una vez que se han formado (por ejemplo, extruido) las fibras tal como se describe en el presente documento, pueden usarse para formar un pre-material textil (por ejemplo, hilo, hebra, etc.) y/o pueden conformarse para dar el material textil. Estas fibras curtidas también pueden procesarse adicionalmente mediante una o más técnicas para modificar las propiedades del material textil resultante. Las etapas tradicionales de formación de cuero semiterminado (por ejemplo, recurtición, tinción, engrasado, etc.) pueden realizarse en las fibras individuales y/o una vez que las fibras se han conformado para dar un material textil.

Por ejemplo, el engrasado puede incluir la adición de lubricantes naturales o sintéticos a las fibras antes de conformarlas para dar un material textil, lo que no sólo permite que las fibras se sequen sin adhesión interfacial (pegado), sino que también puede proporcionar hidrofobicidad y otras propiedades a las fibras. Esto puede proporcionar ventajas con respecto al engrasado habitual, ya que cada fibra individual puede tratarse definitivamente con una cantidad determinada de lubricante, lo que no está garantizado con el cuero natural debido a la variabilidad en la estructura interna de las fibras. Estos métodos también pueden permitir el uso de lubricantes alternativos que normalmente no podrían considerarse debido a problemas con el tamaño de la dispersión, es decir, en el cuero natural para una penetración profunda de la fibra, el tamaño de la emulsión puede ser crítico con el fin de que sea lo suficientemente pequeño como para penetrar completamente dentro de la matriz de fibras, pero esto puede aliviarse tratando las fibras individualmente tal como se describe en el presente documento. Además, estos métodos también pueden proporcionar características mejoradas de resistencia a la tracción y al desgarro debido a un engrasado altamente eficaz. Finalmente, los métodos descritos en el presente documento pueden proporcionar una eficiencia casi completa (por ejemplo, del 100%) en el agotamiento del reactivo, incluyendo el lubricante; además, el lubricante puede reaccionar prácticamente de inmediato con la fibra, en lugar de tener que penetrar y luego fijar el lubricante tal como requiere el cuero natural. Esto da como resultado un procedimiento extremadamente eficiente desde el punto de vista energético y del material, que usa menos productos químicos, temperaturas más bajas (ya que puede emplearse engrasado “en frío” debido a que no se necesita un tamaño de dispersión tan pequeño) y un uso reducido de agua que, como consecuencia, reducirá los requisitos de efluentes. En algunas variaciones, el porcentaje de engrasado (por ejemplo, el porcentaje de aceite lubricante en peso) puede ser menor del 10% (por ejemplo, entre el 0,1 -15%, entre el 0,5-10%, etc.). Además, pueden incorporarse uno o más lubricantes a la propia fibra durante el procedimiento de formación, incluso antes de la extrusión, por ejemplo, incluyendo antes un agente de engrasado como un lubricante dentro de la disolución de proteína. Por ejemplo, un lubricante puede emulsionarse e incluirse en la disolución y/o añadirse a las fibras extruidas. En algunas variaciones, el engrasado puede realizarse inmediatamente después de extruir las fibras, por ejemplo, mediante la extrusión en una disolución secundaria que incluye el agente de engrasado. En algunas variaciones, puede ser preferible incluir un agente de engrasado sólo en la superficie de las fibras (por ejemplo, sin penetrar sustancialmente en las fibras). Los ejemplos de agentes de engrasado pueden incluir: aceites (por ejemplo, aceites sulfonados, aceite mineral, etc.), grasas (grasas animales, grasas vegetales, por ejemplo, glicéridos, etc.), lubricantes sintéticos, polisiloxanos, polímeros acrílicos lubricantes, lubricantes secos, etc. Las fibras y/o un material textil compuesto por las fibras descritos en el presente documento pueden hacerse resistentes al agua (por ejemplo, “impermeabilizarse”) mediante la adición de un agente tal como un agente hidrófobo, que puede incluir, pero no se limita a, lubricantes hidrófobos (por ejemplo, un polisiloxano modificado tal como Densodrin CD de BASF), fluorocarbonos, polímeros acrílicos hidrófobos, estearatos de cromo, etc. La capacidad de hacer que cada fibra sea resistente al agua también puede aumentar la consistencia y pueden lograrse niveles variables de resistencia al agua de manera controlada.

La recurtición se realiza con materiales de cuero tradicionales para modificar las cualidades del cuero, incluyendo el aumento/la disminución de la concentración del agente de curtición, y/o para modificar las propiedades de las fibras y/o los materiales textiles resultantes, lo que a la larga puede potenciar el procesamiento adicional del material, incluyendo la tinción. En cualquiera de los métodos descritos en el presente documento, la recurtición puede realizarse con el mismo agente de curtición o con uno diferente. La recurtición puede realizarse en las fibras (incluyendo en el pre-material textil) o en el material textil. La recurtición puede combinarse con cualquiera de las otras etapas posteriores a la extrusión descritas en el presente documento, incluyendo el engrasado y/o la tinción. Además, el orden de estas etapas posteriores a la extrusión puede realizarse en cualquier secuencia apropiada (por ejemplo, recurtición, luego engrasado, etc.).

La tinción añade color a las fibras y/o al material textil resultante. Puede usarse cualquier tinte apropiado, particularmente tintes que sean apropiados para el cuero (por ejemplo, materiales de colágeno), aunque pueden usarse otros tintes diseñados específicamente para materiales textiles, incluyendo los que tienen reactividad compatible, por ejemplo, tintes reactivos. Tal como se ha mencionado, en algunas variaciones puede incluirse un tinte o tintes en la disolución de proteína (por ejemplo, colágeno) antes de la extrusión o inmediatamente después de la extrusión. Los tintes pueden incluir tintes ácidos (por ejemplo, tintes ácidos premetalizados), tintes básicos, tintes directos, tintes reactivos y tintes de azufre. También puede usarse un tinte con mordiente (por ejemplo, que incluya un mordiente para ayudar a unir el tinte al material).

También pueden añadirse otros tratamientos químicos o bien en la disolución de proteína (específicamente el colágeno) antes de la extrusión o bien después de la extrusión de los filamentos, tales como: retardantes de llama, tratamientos de resistencia a la abrasión, tecnologías de termorregulación, tecnologías de gestión de la humedad, materiales particulados de rendimiento, etc. Los métodos descritos en el presente documento pueden permitir tratamientos químicos novedosos que previamente han sido difíciles o insatisfactorios cuando se aplicaron a materiales de colágeno tradicionales tales como el cuero natural, en un intento por impregnar la estructura de la fibra o introducirse de otro modo en la fibra o el material textil. Los métodos descritos en el presente documento pueden abordar satisfactoriamente el problema de la aplicación de tales tecnologías que en el pasado han tenido que depender de una laminación o un recubrimiento muy rudimentario en una o ambas superficies del cuero, lo que a menudo es indeseable porque tales métodos y sistemas pueden experimentar deslaminación, pueden afectar gravemente a la manipulación del cuero y, en última instancia, pueden requerir tiempo, recursos y equipos adicionales para aplicar tales recubrimientos/laminados.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de formación de un material textil, comprendiendo el método:

formar una disolución de colágeno como proteína;

curtir la proteína dentro de la disolución;

extruir fibras de la proteína a partir de la disolución; y

formar el material textil a partir de las fibras extruidas.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además, antes de formar el material textil, engrasar las fibras mediante la adición de lubricantes naturales o sintéticos, siendo el porcentaje de los mismos concretamente de entre el 0,1 y el 15%.

3. Método según la reivindicación 1, en el que la proteína se obtiene recogiendo colágeno a partir de células que secretan colágeno cultivadas in vitro, en el que además formar la disolución comprende incluir en la disolución colágeno procedente del colágeno recogido.

4. Método según la reivindicación 1, que comprende además reticular la proteína dentro de la disolución.

5. Método según la reivindicación 1, que comprende además reticular la fibra después de extruir a partir de la disolución.

6. Método según la reivindicación 4, en el que reticular comprende reticular con glutaraldehído.

7. Método según la reivindicación 1, en el que extruir fibras comprende hilar las fibras.

8. Método según la reivindicación 1, en el que formar el material textil comprende formar un hilo, punto, ligamento o un material no tejido a partir de las fibras.

9. Método según la reivindicación 1, en el que formar el material textil comprende combinar las fibras con fibras sintéticas, fibras naturales, o fibras naturales y sintéticas adicionales.

10. Material textil formado a partir de células cultivadas, comprendiendo el material textil una pluralidad de fibras de colágeno que tienen un diámetro de entre 20-70 |im, en el que las fibras de colágeno comprenden una concentración de agente de curtición que se distribuye uniformemente a lo largo del diámetro de las fibras de colágeno.

11. Material textil según la reivindicación 10, en el que las fibras de colágeno están reticuladas uniformemente a lo largo del diámetro de cada fibra.

12. Material textil según la reivindicación 10, en el que el agente de curtición es cromo.

13. Material textil según la reivindicación 10, en el que las fibras de colágeno tienen una tenacidad de entre 1,5 y 2,5 g/denier.

14. Material textil según la reivindicación 10, que comprende además una pluralidad de fibras sintéticas o naturales mezcladas con las fibras de colágeno.

15. Material textil según la reivindicación 10, en el que las fibras de colágeno están tricotadas o tejidas.

16. Material textil según la reivindicación 10, en el que el material textil comprende un material textil no tejido.