JP2010270426A - 絹タンパク質ナノファイバーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】家蚕若しくは野蚕幼虫由来の絹タンパク質を水、蟻酸、ヘキサフルオロアセトン水和物、又はヘキサフルオロイソプロパノールに溶解して、絹タンパク質ドープを調製し、得られた絹タンパク質ドープを用いて、絹タンパク質ドープがゲル化しない温度でエレクトロスピニングすることにより絹タンパク質ナノファイバーを製造する。
【選択図】図1
Description
前記溶媒が、絹タンパク質ドープ中のタンパク質重量基準で2.6〜21.1wt%添加されることを特徴とする。
前記絹セリシンが、絹セリシンパウダー、絹セリシンスポンジ、又は絹セリシン膜であり、また、前記絹フィブロインが、絹フィブロイン繊維から得られた絹フィブロインパウダー、絹フィブロインスポンジ、又は絹フィブロイン膜であることを特徴とする。
(1)生糸表面の絹セリシンを精練処理で除去した絹フィブロイン繊維を55℃の8.5M臭化リチウム水溶液20mL中で完全に溶解させた後、この水溶液をセルロース製透析膜に入れて、5℃で5日間蒸留水で置換して不純物を除去し、純粋な絹フィブロイン水溶液を調製する。かくして調製された絹フィブロイン水溶液に蒸留水を加え、絶乾濃度が4%となるように調整し、絹フィブロイン水溶液の原液を調製することができる。
(1)セリシンパウダー:
以下の実施例及び比較例で使用するセリシンパウダーは、セーレン株式会社鯖江工場で製造している市販品(品名 セリシンパウダーCP2, Lot No. 0704206)である。同社の検査成績表には、セリシンパウダーの試験項目として、分析値は、窒素:14.7%、乾燥減量:4.9wt%、強熱残量:9.0wt%、1%水溶液:pH7.4、重金属:20ppm以下、ヒ素:2ppm以下と記載されている。このセリシンパウダーは、家蚕(Bombyx mori)由来である。この市販品以外に上記した方法で調製したセリシンパウダーを用いても良い。なお、以下の実施例では、セーレン株式会社製のセリシンパウダーを用いて行い、その結果に基づいてセリシンドープ濃度を決定したが、この市販品以外に上記した方法で調製したセリシンパウダーを用いても良いし、また、野蚕由来のセリシンパウダーでも良い。家蚕由来のセリシンパウダーでも、野蚕由来のセリシンパウダーでも、アミノ酸組成、化学構造には差異はないからである。
家蚕(Bombyx mori)から得られた生糸を濃度0.07%炭酸ナトリウム溶液を用いて1時間煮沸して絹セリシンを除去し、得られた精練絹(絹フィブロイン繊維)6.5gを75℃、9.5モルの臭化リチウム水溶液に溶解し、5℃の蒸留水で4日間透析してLiイオンとBrイオンを除去し、濃度1.8wt%の絹フィブロイン水溶液を得た。この濃度1.8wt%の絹フィブロイン水溶液300mLに99%メタノール20mLを加え室温で静置すると、フィブロイン水溶液がゲル化して沈殿を生ずる。これを凍結乾燥装置に入れて減圧下で乾燥することによりフィブロインスポンジを製造した。
柞蚕繭糸をその重量に対して50倍量の0.1%過酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、98℃で1時間処理して柞蚕繭糸の周囲を覆う絹セリシン及びタンニンを除去し、柞蚕絹フィブロイン繊維を調製した。セリシンやタンニンを予め除去した柞蚕絹フィブロイン繊維を9M チオシアン酸リチウム水溶液に完全に溶解して柞蚕絹フィブロイン水溶液を製造し、この水溶液をセルロース製の透析膜に入れて両端を縫糸で括って室温の水道水に4日間入れて置換し、リチウムイオンを完全に除き、純粋な柞蚕絹フィブロイン水溶液を調製した。かくして調製された柞蚕絹フィブロイン水溶液をポリエチレン膜の上に広げ、送風乾燥させて柞蚕絹フィブロイン膜を製造し、また、この柞蚕絹フィブロイン水溶液を凍結乾燥させて、柞蚕絹フィブロインパウダーを製造した。
家蚕繭糸をその重量に対して50倍量の0.11%炭酸ナトリウム水溶液に浸漬し、98℃で1時間処理して繭糸の周囲を覆う絹セリシンを除去し、家蚕絹フィブロイン繊維を調製した。この家蚕絹フィブロイン繊維をチオシアン酸リチウム水溶液に溶解し、この水溶液をセルロース製透析膜に入れ、両端を縫糸でくくって室温の水道水に2日間入れ、リチウムイオンを完全に除き、純粋な家蚕絹フィブロイン水溶液を調製した。かくして調製された家蚕絹フィブロイン水溶液をポリエチレン膜の上に広げ、送風乾燥させて家蚕絹フィブロイン膜を調製した。なお、家蚕絹フィブロインパウダーを使用する場合には、上記野蚕絹フィブロインパウダーと同様にして製造できる。
絹タンパク質ドープを用い、カトーテック株式会社製のエレクトロスピニング装置により絹タンパク質ナノファイバーを製造した。所定濃度の絹タンパク質ドープをポリマー溶液貯蔵タンクに充填する。ポリマー溶液貯蔵タンクに陽極電極を付けた紡糸口から陰極板間に印加電圧を加える。陽極・陰極間の距離は自由に変化させることが可能である。
目視で観察し、評価した。この場合の評価基準は、以下の通りである。
+:紡糸口から陰極板に向かって超微細で霧状態のポリマージェットが連続的に安定して放出されて、ナノファイバーが陰極板上に集積する状態が良好である。
−:紡糸口から陰極板に向かって超微細で霧状態のポリマージェットが連続的に安定して放出されることはなく、ナノファイバーが陰極板上に集積する状態が良好ではない。
エレクトロスピニングにより製造した絹タンパク質ナノファイバーにイオンコーター装置を用いて金のイオンをスパッタリングして、厚さ300Åの金のコーティングを施す。走査型電子顕微鏡により倍率5万倍で異なる10種類の視野のナノファイバー画像を撮影し、画像をプリンターで印刷する。画像に記載されたスケールを基に各視野につき10ヶ所の繊維径を計測する。このようにして合計100個所の繊維径から、平均繊維径とその標準偏差(SD)を求めた。
セリシンパウダーを80℃の蟻酸で溶解して、セリシンの蟻酸ドープを調製した。加熱状態にある蟻酸ドープは均一な透明な水溶液であるが、80℃から室温(20℃)まで降温する過程で、40℃を過ぎた辺りから35℃までの間でゲル化してしまったため、エレクトロスピニング用のセリシンの蟻酸ドープとして利用することができなかった。一方、セリシンを熱水で溶解したセリシンドープは、80℃から室温(20℃)まで降温する過程においてもゲル化が起こらないのでエレクトロスピニングができた。
セリシンパウダーを80℃の蟻酸に溶解し、濃度が35wt%、40wt%、又は50wt%のセリシンの蟻酸ドープを製造した。得られたセリシンドープは、80℃から室温までの降温過程の室温(20℃)付近でゲル化が起こったが、ゲル化が起こらない温度まで冷却した後に5℃の冷蔵庫に1日保存して冷却した場合には、いずれのセリシンの蟻酸ドープもゲ化が起こらず、エレクトロスピニング可能であった。
セリシンパウダーを70℃の蒸留水に溶解して製造した40wt%、50wt%のセリシンドープは、70℃の加熱状態でもゲル化が起こることもなく、また、70℃から室温(20℃)までの降温過程では水溶液状態であり、ゲル化が起こることもなく、エレクトロスピニングが可能であった。
セリシンパウダーを70℃に加熱した蟻酸に溶解させ40wt%のセリシンの蟻酸ドープを製造した。この蟻酸ドープを70℃から室温(20℃)まで降温する過程において、40℃未満から35℃の間でセリシンドープはゲル化してしまい、エレクトロスピニングできなかった。そのため、セリシンの蟻酸ドープが降温過程でゲル化し始める傾向が観察された過程で、ゲル化しないうちに加熱装置を使用して40℃以上に加熱、保温すると、ドープはゲル化することがなく、このドープを用いてエレクトロスピニングできた。
実施例6の記載に従って、80℃に加熱した蟻酸にセリシンパウダーを溶解して調製した濃度60wt%、65wt%、70wt%及び75wt%のセリシンドープを用い、ドープを45℃に加熱、保持してエレクトロスピニングした。濃度が高くなるに従って、分子間相互作用が強まり、ゲル化し易くなる傾向が見られ、ドープ粘度が必要以上に高くなって、エレクトロスピニング装置の細い口径の紡糸口が目詰まりする傾向が見られ、高い電圧を印加しても、セリシンスプレー(ジェット)が起こり難くなった。その結果、70wt%以下の濃度、好ましくは60wt%以下の濃度のドープではナノファイバーを製造できたが、75wt%濃度のドープではナノファイバーを製造できなかった。
Claims (13)
- 家蚕若しくは野蚕幼虫由来の絹タンパク質を水、蟻酸、ヘキサフルオロアセトン水和物、又はヘキサフルオロイソプロパノールに溶解して、絹タンパク質ドープを調製し、得られた絹タンパク質ドープを用いて、該絹タンパク質ドープがゲル化しない温度でエレクトロスピニングすることにより絹タンパク質ナノファイバーを製造することを特徴とする絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記絹タンパク質ドープがゲル化しない温度が、前記絹タンパク質を水、ヘキサフルオロアセトン水和物、又はヘキサフルオロイソプロパノールに溶解して調製した絹タンパク質ドープの場合、20〜55℃であることを特徴とする請求項1記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記絹タンパク質ドープがゲル化しない温度が、前記絹タンパク質を蟻酸に溶解して調製した絹タンパク質ドープの場合、40〜55℃であることを特徴とする請求項1記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記絹タンパク質ドープを調製した後、得られた絹タンパク質ドープにメタノール、エタノール、ジメチルスルフォキシド、及びジメチルホルムアミドから選ばれた溶媒を添加したものを用いてエレクトロスピニングすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記溶媒が、絹タンパク質ドープ中のタンパク質重量基準で2.6〜21.1wt%添加されることを特徴とする請求項4記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記絹タンパク質が、絹フィブロイン又は絹セリシンであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記絹セリシンが、絹セリシンパウダー、絹セリシンスポンジ又は絹セリシン膜であることを特徴とする請求項6記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記絹フィブロインが、絹フィブロイン繊維から得られた絹フィブロインパウダー、絹フィブロインスポンジ又は絹フィブロイン膜であることを特徴とする請求項6記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記絹タンパク質であるセリシンを水又は蟻酸に溶解して調製した絹タンパク質ドープを5℃に1昼夜以上保存し、その後この絹タンパク質ドープを用い、該絹タンパク質ドープがゲル化しない温度でエレクトロスピニングすることにより絹タンパク質ナノファイバーを製造することを特徴とする請求項1記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記絹タンパク質ドープがゲル化しない温度が、20〜55℃であることを特徴とする請求項9記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 家蚕若しくは野蚕幼虫由来の絹タンパク質から得られた絹フィブロインパウダー、絹フィブロインスポンジ、又は絹フィブロイン膜を水、蟻酸、ヘキサフルオロアセトン水和物、又はヘキサフルオロイソプロパノールに溶解して、濃度が3〜15wt%の絹フィブロインドープを調製し、得られたドープを用いて、紡糸温度:20℃〜55℃でエレクトロスピニングすることを特徴とする絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記得られたドープにメタノール、エタノール、ジメチルスルフォキシド、及びジメチルホルムアミドから選ばれた溶媒を添加したものを用いて、紡糸温度:20℃〜55℃でエレクトロスピニングすることを特徴とする請求項11記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
- 前記溶媒が、得られたドープ中のタンパク質重量基準で2.6〜21.1wt%添加されることを特徴とする請求項12記載の絹タンパク質ナノファイバーの製造方法。
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