JP2015093857A - Water-insoluble silk protein - Google Patents

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塚田 益裕
Masuhiro Tsukada
益裕 塚田
英明 森川
Hideaki Morikawa
英明 森川
茂 山中
Shigeru Yamanaka
茂 山中
祐輝 岸本
Yuki Kishimoto
祐輝 岸本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silk protein which can impart transparency and flexibility without weakening samples by water-insolubilizing a fibroin film or fibroin nanofiber.SOLUTION: The silk protein related to the invention has flexibility and transparency as well as water-insolubility. It is obtained by immersing a silk protein film obtained by a dry solidification of an organic solvent comprising a silk protein solution or silk protein, or silk protein nanofiber by electro-spinning the organic solvent comprising the silk protein solution or silk protein with a glycerol/alcohol mixed solution, subsequently taking it out from the glycerol/alcohol mixed solution, and drying in a standard state.

Description

本発明は、水不溶化及び柔軟化処理したシルクタンパク質に関する。   The present invention relates to a silk protein subjected to water insolubilization and softening treatment.

カイコ由来のシルクタンパク質(フィブロインあるいは単にシルクということもある)は、生体に対して安全性の高い材料であるため、我が国では生体に埋め込んで使用する外科用の縫合糸として利用されてきた。また、フィブロインを酵素や医薬品の固定化材料などとして用いることも可能である。カイコが作った繭糸あるいは絹糸状繊維を精練してセリシンを取り除いてできるフィブロイン繊維を中性塩の濃厚水溶液に溶解させ、それをセルロースの透析膜に入れて水と置換すると純粋なフィブロイン水溶液ができる。このフィブロイン水溶液を高分子膜表面に拡げて乾燥固化すると透明なフィブロイン膜が製造でき、フィブロイン膜を溶解した有機溶媒をエレクトロスピニングするとフィブロインのナノファイバーを製造することができる。   Silkworm-derived silk protein (also sometimes referred to as fibroin or simply silk) is a highly safe material for living organisms, and has been used as a surgical suture to be implanted in living organisms in Japan. It is also possible to use fibroin as an enzyme or pharmaceutical immobilization material. A pure fibroin aqueous solution can be obtained by dissolving fibroin fiber, which is produced by scouring silkworm-like or silk-like fibers made by silkworms, and removing sericin in a concentrated aqueous solution of neutral salt, and replacing it with cellulose dialysis membrane. . When this fibroin aqueous solution is spread on the surface of the polymer film and dried and solidified, a transparent fibroin film can be produced. When an organic solvent in which the fibroin film is dissolved is electrospun, fibroin nanofibers can be produced.

フィブロイン繊維は、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、臭化リチウム、チオシアン酸リチウムなどの加熱した中性塩水溶液に溶解することができる。すなわち、加熱した濃厚な中性塩水溶液中にフィブロイン繊維を入れて溶解させてなるフィブロイン水溶液をセルロース透析膜に入れて、両端を縫糸でくくり、4-5日間、水道水または純水で置換し、中性塩に基づくイオンを除くことで純粋なフィブロイン水溶液が得られる。このフィブロイン水溶液を例えばポリエチレン膜の基質表面に拡げ、送風乾燥して、水分を蒸発せしめることにより、透明なフィブロイン膜を製造することができ、フィブロイン水溶液にアルコールを加えた後、凍結乾燥するとフィブロインスポンジが製造できる。また下記記載のとおり、フィブロインスポンジ、フィブロイン膜、あるいはフィブロイン繊維をトリフルオロ酢酸(TFA)で溶解してエレクトロスピニングするとフィブロインナノファイバー(シルクナノファイバーともいう)が製造できる。   Fibroin fiber can be dissolved in a heated neutral salt solution such as calcium chloride, calcium nitrate, lithium bromide, lithium thiocyanate. That is, a fibroin aqueous solution prepared by dissolving fibroin fibers in a heated concentrated neutral salt aqueous solution is placed in a cellulose dialysis membrane, both ends are sewn with thread, and replaced with tap water or pure water for 4-5 days. By removing ions based on neutral salts, a pure fibroin aqueous solution can be obtained. For example, by spreading this fibroin aqueous solution on the substrate surface of a polyethylene membrane, air drying and evaporating the moisture, a transparent fibroin membrane can be produced. After adding alcohol to the fibroin aqueous solution and freeze-drying, fibroin sponge Can be manufactured. In addition, as described below, fibroin nanofibers (also referred to as silk nanofibers) can be produced by electrospinning fibroin sponge, fibroin membrane or fibroin fiber dissolved in trifluoroacetic acid (TFA).

上記記載の方法で作製したフィブロイン膜、フィブロインスポンジ、あるいはフィブロインナノファイバーは水に溶解するため、これらのフィブロインの用途は限られている。各種産業資材として利用価値を高めるためにはフィブロイン素材を水に溶解しない水不溶化試料とするための処理が必要である。
フィブロイン素材を水不溶性にするには、フィブロイン素材をアルコール等の有機溶媒中に所定時間浸漬した後、室温で軽く乾燥する方法が採られる。この方法によれば、アルコール処理に伴いフィブロイン分子間の凝集性が高まり、その結果、フィブロイン素材は水に不溶性となる。しかし、アルコール処理では、フィブロイン素材にアルコールが浸入しフィブロイン分子間の凝集性が高まり、フィブロインが結晶化すると、後述する実験例3で述べるように、フィブロイン素材が堅くなり試料の柔軟性が失われ、少し引っ張っただけで試料膜が切断してしまう等の問題があるため各種用途でフィブロインを応用する上での問題であった。なお、アルコール処理で素材が脆くなる程度が特に顕著なのは、フィブロイン膜とフィブロインナノファイバーである。
Since fibroin membranes, fibroin sponges, or fibroin nanofibers produced by the method described above are soluble in water, the use of these fibroin is limited. In order to increase the utility value as various industrial materials, it is necessary to treat the fibroin material into a water-insolubilized sample that does not dissolve in water.
In order to make the fibroin material insoluble in water, a method is adopted in which the fibroin material is dipped in an organic solvent such as alcohol for a predetermined time and then lightly dried at room temperature. According to this method, cohesion between fibroin molecules increases with alcohol treatment, and as a result, the fibroin material becomes insoluble in water. However, in the alcohol treatment, when the alcohol enters the fibroin material and the cohesion between the fibroin molecules increases and the fibroin crystallizes, the fibroin material becomes stiff and the flexibility of the sample is lost, as described in Experimental Example 3 described later. However, since there is a problem that the sample film is cut only by being pulled a little, it is a problem in applying fibroin for various uses. In addition, it is a fibroin film | membrane and a fibroin nanofiber that the extent by which a raw material becomes brittle by alcohol treatment is especially remarkable.

フィブロインナノファイバーはエレクトロスピニングにより製造できる。まず始めにエレクトロスピニングの原理を説明する。所定濃度のフィブロイン溶液を入れた貯蔵タンクに陽極電極を取り付けこの陽極電極から一定の距離を隔てて陰極板(コレクター)を設置する。陰極と陽極との間に高電圧を印加して両電極間に電気引力を生じさせる。この電気引力がポリマー溶液の表面張力以上になると、静電力により紡糸口のノズルから陰極板に向かって霧状態のポリマージェットが噴射され、陰極板上にナノファイバーが積層される。その結果、繊維径がナノ〜マイクロメートルのオーダーの微細なフィブロインナノファイバーが製造できる。ナノファイバーの比表面積は極めて大きく、かくして製造できるフィブロインナノファイバーは、再生医療工学、創傷材料等のヘルスケアー分野、バイオテクノロジー分野、エネルギー分野で広範囲に利活用できる。   Fibroin nanofibers can be produced by electrospinning. First, the principle of electrospinning will be explained. An anode electrode is attached to a storage tank containing a fibroin solution of a predetermined concentration, and a cathode plate (collector) is installed at a certain distance from the anode electrode. A high voltage is applied between the cathode and the anode to generate an electric attractive force between the electrodes. When this electric attractive force is equal to or greater than the surface tension of the polymer solution, a polymer jet in a mist state is jetted from the nozzle of the spinneret toward the cathode plate by electrostatic force, and nanofibers are laminated on the cathode plate. As a result, a fine fibroin nanofiber having a fiber diameter on the order of nano to micrometer can be produced. The specific surface area of nanofibers is extremely large, and thus fibroin nanofibers that can be produced can be used in a wide range of fields such as regenerative medicine engineering, wound care and other healthcare fields, biotechnology fields, and energy fields.

エレクトロスピニングで製造した直後のフィブロインナノファイバーは空気中の水分を吸収しただけで溶解してしまう程、水に対する溶解性が高いため、各種用途で広く応用するにはナノファイバーを不溶化することが必要不可欠である。シルクを水に不溶化する最も単純で効果的な従来法は、シルクの貧溶媒であるエタノールまたはメタノール溶液に試料を浸漬し、アルコール溶液から試料を引き上げて室温で乾燥するとよい。実験例3で述べるように、アルコール溶液による浸漬処理により水不溶化するため、シルクナノファイバーをメタノール、エタノール浸漬処理すると、試料は脆くなるため、このことがシルクを応用する上で最も考慮すべき点であった。   Fibroin nanofibers immediately after electrospinning are highly soluble in water enough to absorb water in the air, so it is necessary to insolubilize the nanofibers for a wide range of applications. It is essential. The simplest and most effective conventional method for insolubilizing silk in water is to immerse the sample in an ethanol or methanol solution, which is a poor solvent for silk, and lift the sample from the alcohol solution and dry at room temperature. As described in Experimental Example 3, since the sample becomes brittle when the silk nanofibers are soaked in methanol or ethanol because they are insolubilized by immersion in an alcohol solution, this is the most important point to consider when applying silk. Met.

フィブロイン膜を水不溶化させる他の手法としては、フィブロイン水溶液にグリセリン
を加えることで試料膜を水に不溶化する技術が開示された(非特許文献1)。フィブロイン繊維を加熱した中性塩水溶液で溶解し、透析処理して製造したフィブロイン水溶液にグリセリン/エタノール混合溶液を所定量直接添加してなるフィブロイン混合溶液を乾燥固化する方法で水不溶化し、かつ柔軟度に富むシルク膜を製造する技術が開示されている(非特許文献2)。また、天然のタンパク質の吸水性を改変するため、ビーナッツタンパク質膜を可塑剤として作用し、pHの異なるグリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングルコール水溶液に浸漬する方法で調製した試料膜の吸湿性の変化が検討されている(非特許文献4)。さらに、フィブロイン水溶液にグリセリンを所定量加えて乾燥固化してなる絹フィブロイン膜の強度・伸度測定により、フィブロイン膜が柔軟性となることを明らかにした(非特許文献5)。
As another technique for insolubilizing the fibroin membrane with water, a technique for insolubilizing the sample membrane with water by adding glycerin to a fibroin aqueous solution has been disclosed (Non-patent Document 1). Fibroin fiber is dissolved in a heated neutral salt solution and dialyzed into a fibroin solution prepared by directly adding a predetermined amount of a glycerin / ethanol mixed solution. A technique for producing a silk film rich in a degree is disclosed (Non-Patent Document 2). In addition, in order to modify the water absorption of natural proteins, the change in the hygroscopicity of the sample film prepared by immersing the peanut protein film in an aqueous solution of glycerin, polyethylene glycol, or polypropylene glycol with different pH acts as a plasticizer. It has been studied (Non-Patent Document 4). Furthermore, it was clarified that the fibroin membrane becomes flexible by measuring the strength and elongation of a silk fibroin membrane obtained by adding a predetermined amount of glycerin to a fibroin aqueous solution and solidifying it by drying (Non-patent Document 5).

シルクフィルムを水不溶化する従来技術は、シルク水溶液に所定量のグリセリンを直接添加した後、試料を乾燥固化することで水不溶化したシルクフィルムを製造する点では共通した処理法であった(非特許文献1〜5)。従来法によると、シルク水溶液に加えるグリセリン量が少ないと水不溶化の効果が無く、グリセリン量が多いと試料が水不溶化するものの、試料内外部に余分のグリセリンが付着してしまうことが問題であった。さらにシルク水溶液にグルセリンを直接添加すると、シルクとグリセリンとの相互作用が強いため、分子レベルでシルクが急激に凝固し、あるいはシルクが急激に変性してしまうため、その結果、フィブロインの成形性が劣悪となるという問題があった。シルクに加えるグリセリンを最小量にして、かつシルクを水不溶化するうえで最大効果を生むような適切なグリセリン量を添加することが必要であった。   The conventional technology for water-insolubilizing silk films is a common treatment method in that a water-insoluble silk film is produced by directly adding a predetermined amount of glycerin to a silk aqueous solution and then drying and solidifying the sample (non-patented). Literature 1-5). According to the conventional method, if the amount of glycerin added to the silk aqueous solution is small, there is no effect of water insolubilization. If the amount of glycerin is large, the sample becomes water insoluble, but excess glycerin adheres to the inside and outside of the sample. It was. Furthermore, when glycerin is added directly to the silk aqueous solution, the interaction between silk and glycerin is strong, so that the silk is rapidly solidified at the molecular level, or the silk is rapidly denatured. There was a problem of being inferior. It was necessary to add an appropriate amount of glycerin that would produce the maximum effect in making the amount of glycerin added to the silk minimum and water insolubilizing the silk.

Shenzhou Lu, Xiaoquin Wang, Qiang Lu, Xiaohi Zhang, Jonathan A.Kluge, Neha Uppal, Fiorenzo Omenetto, and David Kaplan, Insoluble and flexible silk films containing glycerol, Biomacromolecules,2010, 11, 143-150.Shenzhou Lu, Xiaoquin Wang, Qiang Lu, Xiaohi Zhang, Jonathan A. Kluge, Neha Uppal, Fiorenzo Omenetto, and David Kaplan, Insoluble and flexible silk films containing glycerol, Biomacromolecules, 2010, 11, 143-150. Mariana F.Silva, Mariana A. de Moraes, Grinia M. Nogueira, AndreaC.D. Rodas, Olga Z.Higa, Marisa M. Beppu, Glycerin and Ethanol asaddtiives on silk fibroin films: Insoluble and Malleable Films, Journal ofApplied Plymer Science, 2013,DOI: 10.1002/APP.38139.Mariana F. Silva, Mariana A. de Moraes, Grinia M. Nogueira, AndreaC.D. Rodas, Olga Z. Higa, Marisa M. Beppu, Glycerin and Ethanol asaddtiives on silk fibroin films: Insoluble and Malleable Films, Journal of Applied Plymer Science , 2013, DOI: 10.1002 / APP.38139. A. Jangchuld and M.S. Chinnan, Properties of Peanut Protein Film:Sorption Isotherm and Plasticizer Effect, Lebensm.-Wiss.u-Technol., 32, 89-94 (1999)A. Jangchuld and M.S.Chinnan, Properties of Peanut Protein Film: Sorption Isotherm and Plasticizer Effect, Lebensm.-Wiss.u-Technol., 32, 89-94 (1999) 堤一代、小川あかね、福田 翼、森田洋、フィブロイン膜の不溶化にわる諸要因の解明、日本食品工業会誌、Vol. 11, (2), 105-112 (2010)Tsutsumi Kazuyo, Ogawa Akane, Fukuda Tsubasa, Morita Hiroshi, Elucidation of Factors Insoluble in Fibroin Membrane, Journal of Japan Food Industry Association, Vol. 11, (2), 105-112 (2010) 平出真一郎、絹フィブロインフィルムの柔軟化、日蚕雑、66(2), 138-140 (1997)Shinichiro Hiraide, Softening of silk fibroin film, Nissan Zoshi, 66 (2), 138-140 (1997)

上記記載の技術公開によると、試料はすべて家蚕に由来するフィブロインであり、かつ水不溶化したフィブロイン膜を製造するには、フィブロイン水溶液に所定量のグリセリンを直接添加した後、例えば基質膜表面にそれを拡げて乾燥固化する方法を採用している。
すなわち、上記記載のとおり、フィブロイン水溶液にグリセリンを添加すると、グリセリンはフィブロイン分子と強い相互作用を持ちフィブロイン分子を凝固させ、あるいはフィブロイン分子間に水素結合を急激に形成し、その結果、ランダム形態のフィブロイン分子がβ構造へと急激に転移するため、水に溶解するタイプのフィブロイン膜が水に不溶化することになったのである。
According to the above-mentioned technical disclosure, all samples are fibroin derived from rabbits, and in order to produce a water-insoluble fibroin membrane, a predetermined amount of glycerin is directly added to an aqueous fibroin solution, and then, for example, the surface is coated on the substrate membrane surface. The method of expanding and drying and solidifying is adopted.
That is, as described above, when glycerin is added to the fibroin aqueous solution, the glycerin has a strong interaction with the fibroin molecule and coagulates the fibroin molecule, or rapidly forms a hydrogen bond between the fibroin molecules. Since the fibroin molecule rapidly transitions to the β structure, the type of fibroin film that dissolves in water becomes insoluble in water.

従来法でフィブロイン水溶液にグリセリンを直接添加する際、グリセリンの添加量が少なすぎるとフィブロインの変性程度が十分でなく、所望する水不溶化の効果が発揮でないか、あるいは、グリセリンの添加量が多すぎるとフィブロイン水溶液中でフィブロイン分子が凝固してしまい所望する特性のフィブロイン膜が製造できないか、またグリセリンの添加量が多すぎるとフィブロイン膜が水不溶化するが、粘性が高いグリセリンが過剰となりフィブロイン膜の内部と表面にグリセリンが含有することとなり応用を図る上で不都合である。   When glycerin is added directly to an aqueous fibroin solution by a conventional method, if the amount of glycerin added is too small, the degree of fibroin modification is not sufficient, and the desired water insolubilization effect is not exhibited, or the amount of glycerin added is too large. Fibroin molecules coagulate in an aqueous solution of fibroin and a fibroin membrane with the desired characteristics cannot be produced.If too much glycerin is added, the fibroin membrane becomes water-insoluble, but the highly viscous glycerin becomes excessive and the fibroin membrane Glycerin is contained inside and on the surface, which is inconvenient for application.

本発明は、これらの課題を解消すべくなされたものであり、フィブロイン水溶液を先ず基質膜上に拡げて乾燥固化させてなるフィブロイン膜、あるいは絹糸を素材にして調製したフィブロインをエレクトロスピニングしてなるフィブロインナノファイバーを、グリセリン/アルコール混合溶液に浸漬することで所望される水不溶化されたフィブロイン素材を製造することができ、必要最小量のグリセリンを使用しながらフィブロインを水に不溶化させ、試料が脆くならず、かつ柔軟性を付与できるシルクタンパク質を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve these problems, and is obtained by electrospinning a fibroin membrane obtained by first spreading a fibroin aqueous solution on a substrate membrane and drying and solidifying it, or fibroin prepared using silk as a raw material. The desired water-insolubilized fibroin material can be manufactured by immersing fibroin nanofibers in a glycerin / alcohol mixed solution, and the sample is fragile by making fibroin insoluble in water while using the minimum amount of glycerin. The object is to provide a silk protein that can be imparted with flexibility.

本願発明は、従来法とは異なる方法、すなわちフィブロイ膜あるいはフィブロインナノファイバーをまず製造した後、これらのフィブロイン試料をグリセリン/アルコール混合溶液に浸漬する新たな方法を発見して発明を完成させたものである。すなわち、家蚕又は野蚕フィブロイン水溶液あるいは家蚕又は野蚕絹フィブロイン繊維・フィブロインスポンジを溶解してなる有機溶媒を基質膜表面に拡げ乾燥固化してなるフィブロイン膜を試料として用いることができる。また野蚕フィブロイン水溶液あるいは家蚕又は野蚕絹フィブロイン繊維・フィブロインスポンジを溶解してなる有機溶媒をエレクトロスピニングして製造した家蚕あるいは野蚕フィブロインナノファイバーを対象にして、所定濃度のグリセリン/アルコール混合溶液に一定時間浸漬処理し、グリセリン/アルコール混合溶液から試料を取り出し室温で軽く乾燥することによりシルク膜あるいはシルクナノファイバーを水不溶化させることを特徴とする。   The present invention has been completed by discovering a method different from the conventional method, that is, a fibroin membrane or a fibroin nanofiber is first manufactured, and then a new method for immersing these fibroin samples in a glycerin / alcohol mixed solution is discovered. It is. That is, an aqueous solution of rabbit or wild silk fibroin or a fibroin membrane obtained by spreading and solidifying an organic solvent obtained by dissolving rabbit or wild silk fibroin fiber / fibroin sponge on the surface of the substrate membrane can be used as a sample. In addition, a certain amount of glycerin / alcohol mixed solution of a certain concentration is applied to a rabbit or wild silk fibroin nanofiber produced by electrospinning an organic solvent prepared by dissolving wild silk fibroin aqueous solution or rabbit or wild silk fibroin fiber / fibroin sponge. It is characterized in that the silk membrane or silk nanofiber is water-insolubilized by dipping, removing a sample from the glycerin / alcohol mixed solution, and lightly drying at room temperature.

本願発明では、水不溶化処理には、グリセリン/アルコールに加えて、ポリエチレングリコール/アルコール、あるいはポリプロピレングリコール/アルコールによる混合溶液を用いても所望する効果が得られるが、好ましくはグリセリン/アルコール混合溶液が簡便に利用できる。
グリセリン/アルコール混合溶液に浸漬することで試料内部あるいは表面に付着するグリセリン成分は、所望により、素材をアルコールに所定時間浸漬することで完全に除去することが可能である。
In the present invention, in addition to glycerin / alcohol, in addition to glycerin / alcohol, a desired effect can be obtained by using a mixed solution of polyethylene glycol / alcohol or polypropylene glycol / alcohol, but preferably a glycerin / alcohol mixed solution is used. Easy to use.
If desired, the glycerin component adhering to the inside or the surface of the sample by dipping in the glycerin / alcohol mixed solution can be completely removed by dipping the material in alcohol for a predetermined time.

本発明に係るシルクタンパク質は、水不溶性とともに柔軟性及び透明性を備えることを特徴とする。
柔軟性とは、試料を手で折り曲げた時に試料が柔軟性を示すかあるいは脆いため折り曲げ部位で試料にヒビが入るか、または破れるか、あるいは試料が十分に柔軟性を有し上手く折れ曲がるかを目視で評価した。
透明性とは、試料の透明度を目視により観察したものである、10.5ポイントで記載した明朝体の文字を印字した印刷物の上に試料を接触させて乗せた際、試料を通して文字が透き通って見えるか、試料が透明性でないため文字が見えないかの違いで評価した。
前記シルクタンパク質は、家蚕あるいは野蚕に由来するシルクを用いてなることを特徴とし、前記シルクタンパク質は、膜状あるいはナノファイバー状の形態であることを特徴とする。
The silk protein according to the present invention is characterized by having water insolubility and flexibility and transparency.
Flexibility refers to whether the sample shows flexibility when it is folded by hand, or the sample is cracked or broken at the folding site, or whether the sample is sufficiently flexible and bends well. Visually evaluated.
Transparency is a visual observation of the transparency of the sample. When the sample is brought into contact with the printed matter printed with the Mincho font written in 10.5 points, the characters appear transparent through the sample. The evaluation was based on the difference in whether the characters were not visible because the sample was not transparent.
The silk protein is characterized by using silk derived from rabbit or wild silk, and the silk protein is in the form of membrane or nanofiber.

本発明において用いることのできるシルクタンパク質としては、家蚕(Bombyx mori)幼虫から得られる家蚕絹糸ならびに家蚕の絹繊維製品の他に、野蚕に属する柞蚕、天蚕、エリ蚕、ムガ蚕、シンジュ蚕の幼虫から得られる野蚕絹糸ならびに野蚕絹繊維製品の何れも使用できる。また、家蚕あるいは野蚕の幼虫体内の絹糸腺に蓄積されたシルクタンパク質であってもよい。
家蚕あるいは野蚕の繭糸の周囲には膠状のセリシンが付着しているので、セリシンを次のようにして除去した後、フィブロイン水溶液を製造するとよい。先ず、加熱したアルカリ水溶液による精練処理でセリシンを除去してなるフィブロイン繊維を中性塩水溶液中に溶解した後、セルロース製の透析膜を用い水と置換する透析処理でフィブロイン水溶液が製造できる。または家蚕あるいは野蚕のカイコ体内より取り出した絹糸腺内の水溶性のフィブロインであっても同様に利用できる。
Silk proteins that can be used in the present invention include silkworm silk thread obtained from Bombyx mori larvae and silk fiber products of rabbit silkworm, larvae of silkworm, tengu, erimo, muga, and Shinju moths belonging to wild silkworms Both wild silk and silk fiber products obtained from can be used. It may also be a silk protein accumulated in the silk gland within the larvae of a rabbit or wild silkworm.
Since glue-like sericin is attached around the silk thread of a rabbit or wild silkworm, it is preferable to produce an aqueous fibroin solution after removing sericin as follows. First, after fibroin fibers formed by removing sericin by scouring with a heated alkaline aqueous solution are dissolved in a neutral salt aqueous solution, a fibroin aqueous solution can be produced by a dialysis treatment using a cellulose dialysis membrane to replace water. Alternatively, water-soluble fibroin in the silk gland extracted from the silkworm body of rabbit or wild silkworm can be used in the same manner.

フィブロイン膜は、フィブロイン繊維あるいは繊維製品を塩化カルシウム、硝酸カルシウム、臭化リチウム、チオシアン酸リチウム等の加熱した中性塩水溶液で溶解し、それをセルロース透析膜で透析処理してなるフィブロイン水溶液を調製後、ポリエチレン基質膜上に拡げて乾燥固化することで製造できる。   Fibroin membranes are prepared by dissolving fibroin fibers or fiber products in heated neutral salt solutions such as calcium chloride, calcium nitrate, lithium bromide, and lithium thiocyanate and then dialyzing them with a cellulose dialysis membrane. Thereafter, it can be produced by spreading on a polyethylene substrate film and solidifying it by drying.

中性塩化合物の中で、シルクの溶解性が高い臭化リチウムを例にして絹糸の溶解条件を説明する。臭化リチウムを用いてフィブロイン繊維を溶解するには、臭化リチウム濃度は8.0〜9.8M程度であればよく、溶解温度は45〜70℃程度であればよい。溶解温度は60℃以下が好ましい。溶解温度が過度に高温になると絹タンパク質の分子量が低下し、素材の高分子性が失われてしまう危険性がある。分子量が過度に低下するとシルクの成形性が劣悪となる。
フィブロイン繊維を中性塩水溶液で溶解する際、中性塩水溶液の温度が必要以上に高温となるとフィブロインの分子量が低下し、素材の高分子性が失われてしまうことが懸念されるため、溶解温度は必要以上に高温にしないか、溶解時間を余りに長くないことが必要である。フィブロイン繊維を効率よく溶解するには、中性塩の中でもフィブロイン繊維の溶解性に優れたリチウム塩が好ましく用いられ、特に臭化リチウムが好ましい。8M以上、好ましくは8.5M以上の臭化リチウムであれば、55℃で15分程度の処理でフィブロイン繊維を完全に溶解することができる。
In the neutral salt compound, the conditions for dissolving silk thread will be described with reference to lithium bromide having high silk solubility. In order to dissolve fibroin fiber using lithium bromide, the lithium bromide concentration may be about 8.0 to 9.8M, and the dissolution temperature may be about 45 to 70 ° C. The dissolution temperature is preferably 60 ° C. or lower. If the melting temperature is excessively high, the molecular weight of the silk protein decreases, and there is a risk that the high molecular weight of the material is lost. If the molecular weight is excessively reduced, the moldability of silk becomes poor.
When dissolving fibroin fiber with neutral salt solution, if the temperature of the neutral salt solution becomes higher than necessary, there is a concern that the molecular weight of fibroin will decrease and the high molecular weight of the material may be lost. The temperature must not be higher than necessary or the dissolution time should not be too long. In order to dissolve fibroin fibers efficiently, lithium salts excellent in solubility of fibroin fibers are preferably used among neutral salts, and lithium bromide is particularly preferable. If lithium bromide is 8M or more, preferably 8.5M or more, the fibroin fiber can be completely dissolved by treatment at 55 ° C. for about 15 minutes.

加熱した濃厚なこれらの中性塩水溶液中でフィブロイン繊維を溶解させ、これをセルロース透析膜に入れ両端を縫糸でくくり、室温の水道水または純水中に4-5日間入れ水溶液と置換し、中性塩に基づくイオンを完全に除くことで純粋なフィブロイン水溶液を得る。このフィブロイン水溶液をポリエチレン膜等の基質表面に拡げ、必要に応じて送風乾燥すると試料に水分が蒸発し透明なフィブロイン膜を調製することができる。前記のフィブロイン水溶液を凍結乾燥することでフィブロインスポンジが調製することができる。   Fibroin fibers are dissolved in these heated concentrated neutral salt aqueous solutions, put into cellulose dialysis membranes, both ends are sewn with thread, and placed in room temperature tap water or pure water for 4-5 days to replace the aqueous solution. A pure fibroin aqueous solution is obtained by completely removing ions based on the neutral salt. When this aqueous solution of fibroin is spread on the surface of a substrate such as a polyethylene membrane and blown and dried as necessary, water is evaporated on the sample and a transparent fibroin membrane can be prepared. A fibroin sponge can be prepared by freeze-drying the aqueous fibroin solution.

フィブロイン水溶液に塩酸、酢酸、蟻酸等の有機酸を添加してフィブロイン水溶液のpHを2.5に調整し、エタノールを添加することでフィブロインを凝固させ5℃で1週間静置してなるフィブロイン水溶液を凍結乾燥するとフィブロインスポンジができる。
フィブロインナノファイバーは、フィブロイン膜あるいはシルクスポンジをトリフルオロ酢酸(以下TFA)で溶解してなるフィブロインTFA溶液をエレクトロスピニングすることで製造できる。
Add an organic acid such as hydrochloric acid, acetic acid or formic acid to the aqueous fibroin solution to adjust the pH of the aqueous fibroin solution to 2.5, add ethanol to coagulate the fibroin and leave it at 5 ° C for 1 week to freeze the fibroin aqueous solution. When dried, a fibroin sponge is formed.
Fibroin nanofibers can be produced by electrospinning a fibroin TFA solution obtained by dissolving a fibroin film or silk sponge with trifluoroacetic acid (hereinafter TFA).

上記の方法で製造した直後のフィブロイン膜あるいはフィブロインナノファイバーは試料環境の湿度を吸収し溶解してしまう程水に溶解し易いため次のようにして水不溶化処理を行う。
すなわち、フィブロイン膜あるいはフィブロインナノファイバーを容積比で表示できる組成比(以下、単に組成比と略記する)が異なるグリセリン/アルコール、ポリエチレングリコール/アルコール、あるいはポリプロピレングリコール/アルコールの混合溶液に所定時間浸漬することによりフィブロイン膜あるいはフィブロインナノファイバーを水に不溶化させることができ、かくして試料膜あるいは試料ナノファイバーには柔軟性と透明性が付与できる。
Since the fibroin membrane or the fibroin nanofiber immediately after being manufactured by the above method is easily dissolved in water so as to absorb and dissolve the humidity of the sample environment, the water insolubilization treatment is performed as follows.
That is, it is immersed for a predetermined time in a mixed solution of glycerin / alcohol, polyethylene glycol / alcohol, or polypropylene glycol / alcohol having different composition ratios (hereinafter simply referred to as composition ratios) that can be expressed by volume ratio of fibroin membrane or fibroin nanofibers. Thus, the fibroin membrane or fibroin nanofiber can be insolubilized in water, and thus the sample membrane or sample nanofiber can be given flexibility and transparency.

フィブロインを水不溶化させるために使用できるグリセリン/アルコール混合溶液を例にシルクタンパク質を水不溶化させる具体的な方法を説明する。
家蚕あるいは柞蚕フィブロイン膜であれば、組成比が75/25〜100/0のグリセリン/アルコール混合溶液で2〜10分、好ましくは3〜8分浸漬処理をした後、混合液から取り出し、室温標準状態で20分以上放置し、試料の結晶化度を高めることで試料の水不溶性が確実に向上する。
野蚕あるいは野蚕フィブロインナノファイバーであれば、組成比が50/50〜10/90のグリセリン/アルコール混合溶液に2〜10分、好ましくは3〜8分浸漬処理をした後、混合液から取り出し、室温標準状態で20分以上放置し、試料の結晶化度を高めることで試料の水不溶性が確実に向上する。
A specific method for water-insolubilizing silk protein will be described with reference to an example of a glycerin / alcohol mixed solution that can be used to insolubilize fibroin.
If it is a rabbit or silkworm fibroin membrane, it is immersed in a glycerin / alcohol mixed solution with a composition ratio of 75/25 to 100/0 for 2 to 10 minutes, preferably 3 to 8 minutes. If the sample is left in the state for 20 minutes or more and the crystallinity of the sample is increased, the water insolubility of the sample is reliably improved.
In the case of savage or savage fibroin nanofiber, after immersion treatment in a glycerin / alcohol mixed solution having a composition ratio of 50/50 to 10/90 for 2 to 10 minutes, preferably 3 to 8 minutes, the mixture is taken out from the mixture at room temperature. By leaving the sample in the standard state for 20 minutes or more and increasing the crystallinity of the sample, the water insolubility of the sample is reliably improved.

フィブロインナノファイバーをグリセリン/アルコール混合溶液で浸漬処理する際、アルコール濃度が低すぎるとフィブロインナノファイバーは、グリセリン/アルコール混合溶液、例えば、100/0 グリセリン/アルコール混合溶液に浸漬すると短時間で試料が膨潤し、ドロドロ状態となり、グリセリン/アルコール混合溶液から試料を引き上げることができなくなってしまう。   When fibroin nanofibers are immersed in a glycerin / alcohol mixed solution, if the alcohol concentration is too low, the fibroin nanofibers can be quickly immersed in a glycerin / alcohol mixed solution, for example, a 100/0 glycerin / alcohol mixed solution. It swells and becomes a muddy state, and the sample cannot be pulled up from the glycerin / alcohol mixed solution.

家蚕フィブロインから製造したフィブロイン膜や、エレクトロスピニングで製造できるナノファイバーをグリセリン/アルコール混合溶液に浸漬して水不溶化処理を施す際、グリセリン濃度が高いと試料表面にはグリセリンが過剰に付着し易い。水不溶化処理したフィブロインを応用するためには、グリセリン/アルコール混合溶液で浸漬する水不溶化処理の後、アルコール溶液に試料を短時間浸漬して試料に含まれるグリセリンを除去するとよい。試料に含有されているグリセリンを除去する方法としては、組成比40/60〜100/0のアルコール/水の混合溶液に2〜10分間浸漬する方法が好適である。さらに好ましくは、経済的な視点からすると組成比40/20〜100/0のアルコール/水の混合溶液を使用し、浸漬時間 3-8分間がとするのがよい。   When a fibroin membrane produced from rabbit fibroin or nanofibers that can be produced by electrospinning is immersed in a glycerin / alcohol mixed solution for water insolubilization treatment, if the glycerin concentration is high, glycerin tends to adhere excessively to the sample surface. In order to apply the water-insolubilized fibroin, it is preferable to remove the glycerin contained in the sample by immersing the sample in the alcohol solution for a short time after the water insolubilization treatment soaking in the glycerin / alcohol mixed solution. As a method for removing glycerin contained in the sample, a method of immersing in a mixed solution of alcohol / water having a composition ratio of 40/60 to 100/0 for 2 to 10 minutes is preferable. More preferably, from an economic point of view, a mixed solution of alcohol / water having a composition ratio of 40/20 to 100/0 is used, and the immersion time is 3 to 8 minutes.

本発明によれば、フィブロイン膜あるいはフィブロインナノファイバーをグリセリン/アルコール、ポリエチレングリコール/アルコール、あるいはポリプロピレングリコール/アルコール混合溶液に浸漬することで試料を水不溶化させることが可能となり、透明度と柔軟性とが付与できる。
グリセリン/アルコール混合溶液で処理すると試料には微量のグリセリンが含まれることになりこれを避けることができないが、フィブロインを産業材料として応用するには、所望により試料からはグリセリンをすべて除去する必要がある。そのためには、試料をグリセリン/アルコール混合溶液で2〜10分間浸漬処理してなる水不溶化試料を、後処理の工程としてアルコール溶液に2〜10分浸漬する必要があり、かくして試料に含まれるグリセリンを完全に除去することができる。
According to the present invention, it becomes possible to insolubilize a sample by immersing a fibroin membrane or fibroin nanofibers in a glycerin / alcohol, polyethylene glycol / alcohol, or polypropylene glycol / alcohol mixed solution. Can be granted.
When treated with a glycerin / alcohol mixed solution, the sample contains a trace amount of glycerin, which cannot be avoided. However, in order to apply fibroin as an industrial material, it is necessary to remove all glycerin from the sample as desired. is there. For this purpose, a water-insolubilized sample obtained by immersing the sample in a glycerin / alcohol mixed solution for 2 to 10 minutes must be immersed in the alcohol solution for 2 to 10 minutes as a post-treatment step, and thus the glycerin contained in the sample Can be completely removed.

本願発明によるグリセリン/アルコール混合溶液で浸漬処理して水不溶化した試料は、従来公知のアルコールで水不溶化処理した試料とは違い、柔軟であり、折り曲げても脆くはなく、かつ透明性も良好であるという特徴がある。フィブロインを体内に埋め込んでも抗原とはならず抗原抗体の反応も起こらず、体適合性素材であり、かつ体内の酵素の作用を受けると分解する生分解素材である等の生化学特性を有しているため、本願発明の水不溶性のフィブロイン素材は、外科手術時の臓器癒着分離膜としても利用できる。さらに、フィブロイン表面では、有用細胞が付着・増殖し易く、生分解性を持つため細胞シートを作るための素材として再生医療分野での先端材料として広く応用できる。   The sample immersed in water and insolubilized with a glycerin / alcohol mixed solution according to the present invention is flexible, unlike a sample in which water is insolubilized with a known alcohol, and is not fragile even when bent, and has good transparency. There is a feature that there is. Even if fibroin is implanted in the body, it does not become an antigen and does not react with antigen-antibody, and is a biocompatible material that is a biocompatible material that decomposes when subjected to the action of enzymes in the body. Therefore, the water-insoluble fibroin material of the present invention can also be used as an organ adhesion separation membrane during surgery. Furthermore, on the fibroin surface, useful cells are easy to attach and proliferate and have biodegradability, so that it can be widely applied as a leading material in the field of regenerative medicine as a material for producing a cell sheet.

本発明によれば、フィブロイン膜(シルクタンパク質膜)ならびにフィブロインナノファイバー(シルクタンパク質ナノファイバー)をグリセリン/アルコール、ポリエチレングリコール/アルコール、あるいはポリプロピレングリコール/アルコールの混合溶液に浸漬することで試料を水不溶化させることが可能となり、透明性と柔軟性が付与できる。
フィブロインは、体適合性素材であり、生分解素材である等の生化学特性を有しているため、本願発明のシルクタンパク質は、外科手術時の臓器癒着分離膜としても利用でき、さらに、細胞シートを作るための素材等として再生医療分野での先端材料として広く応用できる。
According to the present invention, fibroin membrane (silk protein membrane) and fibroin nanofiber (silk protein nanofiber) are immersed in a mixed solution of glycerin / alcohol, polyethylene glycol / alcohol, or polypropylene glycol / alcohol to insolubilize the sample. Transparency and flexibility can be imparted.
Since fibroin is a body-compatible material and has biochemical properties such as being a biodegradable material, the silk protein of the present invention can also be used as an organ adhesion separation membrane at the time of surgery. It can be widely applied as a leading material in the field of regenerative medicine as a material for making sheets.

水不溶化処理を施した、家蚕フィブロイン水溶液をエレクトロスピニングして作成したフィブロインナノファイバーの粘弾性測定(DMA)結果を示すグラフである。It is a graph which shows the viscoelasticity measurement (DMA) result of the fibroin nanofiber which carried out the water insolubilization process and was produced by electrospinning a rabbit fibroin aqueous solution. 試料濃度22.4、27.3、47.1wt%の家蚕シルク水溶液から作成した家蚕フィブロインナノファイバーのSEM画像である。It is a SEM image of rabbit fibroin nanofibers prepared from rabbit silk aqueous solutions with sample concentrations of 22.4, 27.3, and 47.1 wt%. グリセリンに浸漬処理する前のナノファイバーのSEM画像(a)、5分間グリセリンに浸漬し、乾燥処理を行った後のナノファイバーのSEM画像(b)である。It is the SEM image (a) of the nanofiber before being immersed in glycerin, and the SEM image (b) of the nanofiber after being immersed in glycerin for 5 minutes and subjected to a drying treatment. a:エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー、b:aをグリセリンで浸漬処理した試料、c:aをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)で浸漬処理した試料、d:aをエタノールで浸漬処理した試料の写真である。a: fibroin nanofiber immediately after electrospinning, b: sample in which a is immersed in glycerin, c: sample in which a is immersed in a glycerol / ethanol mixed solution (composition ratio 50/50), d: a is immersed in ethanol It is the photograph of the processed sample. a:エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー、b:aをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)で浸漬処理したもの、c:bをエタノールで浸漬処理したものについてのFTIRスペクトルである。a: FTIR spectra for fibroin nanofibers immediately after electrospinning, b: a soaked with a mixed solution of glycerin / ethanol (composition ratio 50/50), and c: a soaked b with ethanol. a エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比90/10)で5分浸漬処理、b エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)で5分浸漬処理、cエレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比10/90)で5分浸漬処理、d エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバーをグリセリンに5分浸漬処理、e エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー、についてのFTIRスペクトルである。a Fibroin nanofibers immediately after electrospinning are immersed in a glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 90/10) for 5 minutes, b Fibroin nanofibers immediately after electrospinning are mixed with a glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 50/50) 5 5 minutes immersion treatment with fibroin nanofibers just after electrospinning with glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 10/90), d 5 minute immersion treatment of fibroin nanofibers immediately after electrospinning with glycerin, e electrospinning It is a FTIR spectrum about the fibroin nanofiber immediately after. a エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー、b エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比90/10)で浸漬処理後、エタノールで5分浸漬処理、c エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)で浸漬処理後、エタノールで5分浸漬処理、d エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比10/90)で浸漬処理後、エタノールで5分浸漬処理、e グリセリン、についてのFTIRスペクトルである。a Fibroin nanofiber immediately after electrospinning, b Fibroin nanofiber immediately after electrospinning is immersed in a glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 90/10), then immersed in ethanol for 5 minutes, c Fibroin nanofiber immediately after electrospinning After dipping with glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 50/50), dipping with ethanol for 5 minutes, d After dipping the fibroin nanofiber immediately after electrospinning with glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 10/90) , FTIR spectrum for e-glycerin, treated with ethanol for 5 minutes.

以下、本発明を実験例により詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
実験例において使用した薬品及び測定方法と、使用した試料の作成方法について説明する。
Hereinafter, although an example explains an example of the present invention in detail, the present invention is not limited to these examples.
The chemicals and measurement methods used in the experimental examples and the sample preparation methods used will be described.

使用試薬:
使用試薬は全て和光純薬工業会部式会社製であり、Lot番号は下記の通りである。
・ポリエチレングリコール(PEG) Lot WEH1268 分子量20万
・グリセリン Lot CDE1348
・エチルアルコールLot AWQ4906
・炭酸ナトリウム Lot PDR6423
・塩化カルシウム Lot WEE4700
Reagents used:
The reagents used are all manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., and the Lot numbers are as follows.
・ Polyethylene glycol (PEG) Lot WEH1268 Molecular weight 200,000 ・ Glycerin Lot CDE1348
・ Ethyl alcohol Lot AWQ4906
・ Sodium carbonate Lot PDR6423
・ Calcium chloride Lot WEE4700

機械的特性:
フィブロインナノファイバーの強度及び伸度は、試料を切断するまで延伸し、切断における試料強度と伸度により評価した。測定装置には(株)オリエンテック製万能材料試験機(RTC1250A)を使用した。測定条件は、試料のサイズ1cm×2cm、膜厚 45〜72μm、引張り速度1mm/minである。
Mechanical properties:
The strength and elongation of the fibroin nanofiber were stretched until the sample was cut, and evaluated by the sample strength and elongation at the time of cutting. A universal material testing machine (RTC1250A) manufactured by Orientec Co., Ltd. was used as a measuring device. The measurement conditions are a sample size of 1 cm × 2 cm, a film thickness of 45 to 72 μm, and a pulling speed of 1 mm / min.

フーリエ変換赤外吸収スペクトル:
パーキンエルマー社製のFTIR(フーリエ変換赤外吸収スペクトル)測定装置を用いて絹フィブロインナノファイバーの赤外線吸収スペクトルを観察した。測定波数は、2000〜400cm-1、繰り返し測定回数は20回である。
Fourier transform infrared absorption spectrum:
The infrared absorption spectrum of the silk fibroin nanofiber was observed using an FTIR (Fourier transform infrared absorption spectrum) measuring device manufactured by PerkinElmer. The measurement wave number is 2000 to 400 cm −1 and the number of repeated measurements is 20 times.

粘弾性測定(DVA):
DMA により試料の粘弾性特性である損失弾性率(E”)を測定した。DMAでは、温度分散測定によるガラス転移温度や弾性率の温度依存性が測定できる。E"は、分子運動に対応する特性が反映される。昇温速度は10℃/分であった。
Viscoelasticity measurement (DVA):
The loss elastic modulus (E "), which is the viscoelastic property of the sample, was measured by DMA. With DMA, the temperature dependence of glass transition temperature and elastic modulus by temperature dispersion measurement can be measured. E" corresponds to molecular motion. The characteristics are reflected. The heating rate was 10 ° C./min.

(1) 家蚕フィブロイン水溶液作製方法
家蚕繭糸を用い、繭糸表面に付着しているセリシンを煮沸したアルカリ水溶液で処理してセリシンを除去(これを精練処理という)してなるフィブロイン繊維を、80℃に加熱した60wt%の塩化カルシウム水溶液に1時間浸漬し、フィブロイン繊維を完全に溶解し、フィブロイン水溶液濃度が20wt/v%になるようにした。溶解後、セルロース透析膜に入れ、蒸留水と3日間置換して脱塩し、純粋な濃度6.8wt%のシルク水溶液を調製した。
(1) Rabbit fibroin aqueous solution preparation method The fibroin fiber formed by treating the sericin adhering to the surface of the silkworm with a boiled alkaline aqueous solution and removing the sericin (this is called scouring treatment) at 80 ° C. It was immersed in a heated 60 wt% calcium chloride aqueous solution for 1 hour to completely dissolve the fibroin fiber so that the concentration of the aqueous fibroin solution was 20 wt / v%. After dissolution, the solution was placed in a cellulose dialysis membrane and desalted by replacing with distilled water for 3 days to prepare a pure silk solution with a concentration of 6.8 wt%.

(2)家蚕フィブロイン水溶液の濃縮
上記の6.8wt%のシルク水溶液は実験例1で明らかなよう濃度が薄すぎてエレクトロスピニングができなかったので次のようにして濃度を高めた。セルロース透析膜に6.8wt%のシルク水溶液を30mL入れ、100mL 50wt%濃度のポリエチレングリコール(平均分子量2万、20000±5000)水溶液中にシルク水溶液が入ったセルロース透析膜を入れてポリエチレングリコール水溶液で置換することでフィブロイン水溶液を濃縮した。
(2) Concentration of Rabbit Fibroin Aqueous Solution The above-mentioned 6.8 wt% silk aqueous solution was too thin as shown in Experimental Example 1 and could not be electrospun. Therefore, the concentration was increased as follows. Place 30 mL of 6.8 wt% silk aqueous solution in cellulose dialysis membrane, and place cellulose dialysis membrane containing silk aqueous solution in 100 mL 50 wt% polyethylene glycol (average molecular weight 20,000, 20000 ± 5000) aqueous solution and replace with polyethylene glycol aqueous solution. As a result, the aqueous fibroin solution was concentrated.

(3)フィブロイン膜
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、家蚕フィブロイン繊維を調製した。この家蚕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、純粋な家蚕のフィブロイン水溶液を調製した。かくして調製した家蚕フィブロイン水溶液をポリエチレン膜の上に広げ、送風乾燥させて透明な家蚕フィブロイン膜を調製した。
(3) Fibroin membrane Rabbit fibroin fiber is prepared by immersing rabbit silk fibers in 0.11% sodium carbonate aqueous solution 50 times its weight and removing silk sericin covering the circumference of silk yarn for 1 hour at 98 ° C. did. Dissolve this rabbit fibroin fiber in lithium thiocyanate aqueous solution, put this aqueous solution into cellulose dialysis membrane, wrap both ends with sewing thread and put it in room temperature tap water for 2 days to completely remove lithium ions, pure rabbit fibroin An aqueous solution was prepared. The aqueous rabbit fibroin aqueous solution thus prepared was spread on a polyethylene membrane and dried by blowing air to prepare a transparent rabbit fibroin membrane.

(4)フィブロインスポンジ
家蚕のフィブロイン繊維を濃度0.07%炭酸ナトリウム溶液で1時間煮沸して絹セリシンを除去し、得られたフィブロイン繊維6.5gを、臭化リチウム水溶液に溶解し、5℃の蒸留水で4日間透析してリチウムイオンとブロムイオンを除去し、濃度1.8wt%のフィブロイン水溶液を得た。この濃度1.8wt%の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。
(4) Fibroin sponge Rabbit fibroin fiber was boiled in 0.07% sodium carbonate solution for 1 hour to remove silk sericin, and 6.5 g of the resulting fibroin fiber was dissolved in an aqueous lithium bromide solution and distilled at 5 ° C. Was dialyzed for 4 days to remove lithium ions and bromide ions to obtain an aqueous fibroin solution having a concentration of 1.8 wt%. When 20 mL of 99% methanol is added to 300 mL of this 1.8 wt% fibroin aqueous solution and allowed to stand at room temperature, the fibroin aqueous solution gels and precipitates. This was put into a freeze-drying apparatus and dried under reduced pressure to produce a fibroin sponge.

(5)家蚕フィブロインナノファイバーの製造
フィブロイン水溶液を用いてエレクトロスピニングするとフィブロインナノファイバーが製造できる。またフィブロインスポンジをTFAに溶解してなるフィブロインTFAをエレクトロスピニングするとフィブロインナノファイバーが製造できる。
(5) Production of Rabbit Fibroin Nanofiber Fibroin nanofiber can be produced by electrospinning using an aqueous fibroin solution. Fibroin nanofibers can be produced by electrospinning fibroin TFA prepared by dissolving fibroin sponge in TFA.

(6)柞蚕フィブロイン膜及び柞蚕フィブロインスポンジ
上記家蚕繭糸とは化学構造が全く異なる野蚕の柞蚕繭糸を繭糸重量に対して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フィブロイン繊維を60℃のシアン酸リチウム水溶液に完全に溶解して柞蚕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フィブロイン膜が製造した。また、この柞蚕フィブロイン水溶液を凍結乾燥させて、柞蚕フィブロインスポンジを製造した。柞蚕フィブロインをTFAに溶解し、それをエレクトロスピニングすると柞蚕フィブロインナノファイバーが製造できる。
(6) Silkworm fibroin membrane and silkworm fibroin sponge The silkworm silk with completely different chemical structure from the above rabbit silk thread is immersed in 0.1% sodium peroxide aqueous solution 50 times the weight of silk thread and treated at 98 ° C for 1 hour. Then, silk sericin and tannin covering the periphery of the silk thread were removed, and silkworm fibroin fiber was prepared. A cocoon fibroin fiber from which sericin and tannin have been removed in advance is completely dissolved in an aqueous lithium cyanate solution at 60 ° C. to produce an cocoon fibroin aqueous solution. This aqueous solution is placed in a dialysis membrane made of cellulose, and both ends are tied together with sewing threads. It was replaced with tap water for 4 days to completely remove lithium ions, and a pure sputum fibroin aqueous solution was prepared. The soot fibroin aqueous solution thus prepared was spread on a polyethylene membrane and dried by blowing to produce a soot fibroin membrane. Moreover, this cocoon fibroin aqueous solution was lyophilized | freeze-dried and the cocoon fibroin sponge was manufactured.柞 蚕 Fibroin nanofibers can be produced by dissolving fibroin in TFA and electrospinning it.

(7)エレクトロスピニング紡糸
上記記載の家蚕フィブロイン水溶液から調整した家蚕フィブロインスポンジおよび家蚕フィブロイン膜を溶解したトリフルオロ酢酸(THA)溶液を用いてカトーテック株式会社製のエレクトロスピニング装置を用いてフィブロインナノファイバーを製造した。テルモ株式会社製のテルモノンベベル針(22G×1 1/2”(0.70×38mm)を紡糸口用のノズルとして用いた。
ポリマー貯蔵タンクとしては、株式会社トップ製のロックタイプ・螺旋式の5mLトッププラスチックシリンジを使用した。
なお、実験例中、エレクトロスピニング条件の記載が無い場合は、下記の条件を採用した。紡糸電圧は20kv、紡糸速度は0.5mm/min、および紡糸距離は18cmであった。
(7) Electrospinning Spinning Fibroin nanofibers using an electrospinning apparatus manufactured by Kato Tech Co., Ltd. using a rabbit fibroin sponge prepared from the rabbit rabbit fibroin aqueous solution described above and a rabbit trifluoroacetic acid (THA) solution dissolved Manufactured. A Terumon bevel needle (22G × 1 1/2 ″ (0.70 × 38 mm) manufactured by Terumo Corporation was used as a nozzle for the spinneret.
As a polymer storage tank, a lock type / spiral type 5 mL top plastic syringe manufactured by Top Co., Ltd. was used.
In addition, when there is no description of electrospinning conditions in an experiment example, the following conditions were employ | adopted. The spinning voltage was 20 kv, the spinning speed was 0.5 mm / min, and the spinning distance was 18 cm.

(8)ナノファイバーの平均繊維径
エレクトロスピニングで製造したフィブロイン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300オングストローム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個所の繊維径を計測した。
(8) Average fiber diameter of nanofibers Fibroin nanofibers produced by electrospinning are sputtered with gold ions using an ion coater device to give a gold coating having a thickness of 300 angstroms. 10 types of nanofiber images with different field of view are photographed with a scanning electron microscope at a magnification of 50,000 times, and the images are printed with a printer. Ten fiber diameters were measured for each visual field based on the scale described in the image.

(実験例1)家蚕フィブロイン水溶液を用いたナノファイバー
家蚕繭糸を精練処理してセリシンを除去することで調製したフィブロイン繊維が20wt/v%の試料濃度となるようにして塩化カルシウム水溶液に入れ、90℃で1時間加熱して試料を完全に溶解する。続いてこれをセルロース透析膜(分画 1.4万)に入れて純水で3日間透析してフィブロイン水溶液を調製した。このフィブロイン水溶液の濃度を調製するため、セルロース透析膜に入れた後、50wt%のPEG水溶液(分子量 2万±5千)と置換した。PEGによる置換の時間を変えることでフィブロイン水溶液が濃縮できる。
なお、フィブロイン水溶液の濃度は次のようにして測定した。一定量のシルク水溶液の質量(g)を測り、105℃で完全に乾燥させ水分を完全に蒸発させ、乾燥固化物の質量(g)を測定する。乾燥固化物の質量(g)/シルク水溶液の質量(g)を求めて試料の濃度(wt%)を算出した。
エレクトロスピニングの条件は次の通りである。印加電圧 20kV、紡糸距離18cm、紡糸速度20μl/min、温度 30℃、相対湿度 10RH%であった。
かくして濃度が6.8から43.1wt%に調整したフィブロイン水溶液をエレクトロスピニングし、フィブロインナノファイバーが製造できるか検討した結果が表1である。
(Experimental Example 1) Nanofiber using Rabbit Fibroin Aqueous Solution Rabbit yarn is scoured to remove sericin, and the fibroin fiber prepared at a sample concentration of 20 wt / v% is placed in a calcium chloride aqueous solution. Heat the sample for 1 hour to completely dissolve the sample. Subsequently, this was put into a cellulose dialysis membrane (fraction 14,000) and dialyzed against pure water for 3 days to prepare an aqueous fibroin solution. In order to adjust the concentration of this fibroin aqueous solution, it was placed in a cellulose dialysis membrane and then replaced with a 50 wt% PEG aqueous solution (molecular weight 20,000 ± 5,000). By changing the time of substitution with PEG, the aqueous fibroin solution can be concentrated.
The concentration of the fibroin aqueous solution was measured as follows. The mass (g) of a certain amount of silk aqueous solution is measured, completely dried at 105 ° C. to completely evaporate water, and the mass (g) of the dried solidified product is measured. The concentration (wt%) of the sample was calculated by calculating the mass (g) of the dried solidified product / the mass (g) of the silk aqueous solution.
The conditions for electrospinning are as follows. The applied voltage was 20 kV, the spinning distance was 18 cm, the spinning speed was 20 μl / min, the temperature was 30 ° C., and the relative humidity was 10 RH%.
Table 1 shows the results of studying whether or not fibroin nanofibers can be produced by electrospinning an aqueous fibroin solution adjusted to a concentration of 6.8 to 43.1 wt%.

表1の中でフィブロインナノファイバー製造時のエレクトロスピニング(ESともいう)時の状態を下記の2種類のカテゴリーで評価した。
×:エレクトロスピニング時、紡糸口から試料ジェットが噴出することは無く、コレクターには何も付着していない。
○:エレクトロスピニング時、紡糸口から試料ジェットが良好に噴出し、コレクターに微細繊維径のフィブロインナノファイバーが積層しES状態は良好であった。
In Table 1, the state at the time of electrospinning (also referred to as ES) during the production of fibroin nanofibers was evaluated in the following two categories.
X: At the time of electrospinning, the sample jet is not ejected from the spinning port, and nothing is attached to the collector.
○: During electrospinning, the sample jet was ejected well from the spinneret, and fibroin nanofibers with a fine fiber diameter were laminated on the collector, and the ES state was good.

表1から次のことが確かめられた。フィブロイン水溶液濃度が14.5wt%以下ではエレクトロスピニングしてもフィブロインナノファイバーは製造できなかった。フィブロイン水溶液濃度が22.4wt%以上となるとエレクトロスピニングによりフィブロインナノファイバーが製造できた。得られたフィブロインナノファイバーの繊維径は800〜900nmであった。シルク水溶液をエレクトロスピニングしてフィブロインナノファイバーを製造するための好適なフィブロイン水溶液の濃度は22.4〜43.1%であった。   From Table 1, the following was confirmed. When the fibroin aqueous solution concentration was 14.5 wt% or less, fibroin nanofibers could not be produced even by electrospinning. Fibroin nanofibers could be produced by electrospinning when the concentration of fibroin aqueous solution was over 22.4 wt%. The fiber diameter of the obtained fibroin nanofiber was 800 to 900 nm. The preferred concentration of the fibroin aqueous solution for producing the fibroin nanofibers by electrospinning the silk aqueous solution was 22.4-43.1%.

(実験例2)家蚕フィブロイン膜をTFAに溶解しエレクトロスピニング
家蚕絹糸から作ったフィブロイン膜あるいはフィブロインスポンジをTFAに室温で溶解して10wt%のフィブロインTFA溶液をエレクトロスピニングし、微細径のフィブロインナノファイバーが製造できた。得られたフィブロインナノファイバーの繊維径は300〜400nmであった。次に、家蚕フィブロイン膜をTFAに溶解した8wt%あるいは12wt%のフィブロインTFAを用いてエレクトロスピニングし、紡糸状態を観察したところ、いずれの場合も、微細径のフィブロインナノファイバーが製造できた。
柞蚕フィブロイン繊維から製造した柞蚕フィブロイン膜あるいは柞蚕フィブロインスポンジをTFAに溶解した10wt%の柞蚕フィブロインTFAをエレクトロスピニングしたところいずれも微細径の柞蚕フィブロインナノファイバーが製造できた。得られたフィブロインナノファイバーの繊維径は200-250nmであった。
(Experimental example 2) Dissolving rabbit fibroin membrane in TFA and electrospinning Fibroin membrane or fibroin sponge made from rabbit silk thread dissolved in TFA at room temperature and electrospinning 10wt% fibroin TFA solution to fine-diameter fibroin nanofibers Could be manufactured. The fiber diameter of the obtained fibroin nanofiber was 300 to 400 nm. Next, the rabbit fibroin membrane was electrospun using 8 wt% or 12 wt% fibroin TFA dissolved in TFA, and the spinning state was observed. In each case, fibroin nanofibers with a fine diameter could be produced.
When electrospun 10% by weight of 柞 蚕 fibroin membrane prepared from 柞 蚕 fibroin fiber or wtfibroin sponge dissolved in TFA, 10 柞 蚕% 柞 蚕 fibroin nanofibers were produced. The fiber diameter of the obtained fibroin nanofiber was 200-250 nm.

(実験例3)家蚕フィブロイン水溶液から製造したフィブロインナノファイバーの水不溶化処理
実験例1記載の家蚕のフィブロイン水溶液をエレクトロスピニングしたところ紡糸直後
のフィブロインナノファイバーは水に溶解してしまう。ナノファイバーを広範な応用を拓くには、フィブロインナノファイバーを水に不溶化させることが必要不可欠である。そこで、シルクナノファイバーを室温で、異なる濃度のグリセリン/エタノール混合溶液に5分間浸漬し、その後、グリセリン/エタノールの混合溶液系から試料を取り出し、室温で20分間かけて軽く乾燥させた。かくして軽く乾燥したフィブロインナノファイバーを100%(0/100)エタノールに5分間浸漬することで試料に含まれるグリセリンを除去した。エタノール処理でグリセリンを除去する前(Gly除去前)と後(Gly除去後)のフィブロインナノファイバー表面の特徴と柔軟性を、それぞれ目視と触手観察で調べた。なお、グリセリン/エタノール混合溶液の組成比とはグリセリンとエタノールの体積比を意味する。調べた結果を表2に示す。
(Experimental Example 3) Water Insolubilization Treatment of Fibroin Nanofibers Produced from Rabbit Fibroin Aqueous Solution When a rabbit's fibroin aqueous solution described in Experimental Example 1 was electrospun, the fibroin nanofibers immediately after spinning were dissolved in water. In order to develop a wide range of applications of nanofibers, it is essential to insolubilize fibroin nanofibers in water. Therefore, silk nanofibers were immersed in a mixed solution of glycerin / ethanol having different concentrations at room temperature for 5 minutes, and then a sample was taken out from the mixed solution system of glycerin / ethanol and lightly dried at room temperature for 20 minutes. The fibroin nanofiber thus lightly dried was immersed in 100% (0/100) ethanol for 5 minutes to remove glycerin contained in the sample. The characteristics and flexibility of the surface of fibroin nanofibers before (after Gly removal) and after (after Gly removal) removal of glycerin by ethanol treatment were examined by visual observation and tentacle observation, respectively. The composition ratio of the glycerin / ethanol mixed solution means the volume ratio of glycerin and ethanol. The examination results are shown in Table 2.

表2において、「Gly除去前」、「Gly除去後」とは、フィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液で水不溶化処理した後、エタノールでグリセリンを除去する処理の前(Gly除去前)と後(Gly除去後)を意味する。
表2における「試料の特徴」と「柔軟性」の項目は、次のカテゴリーで評価した。
試料の特徴:
+ :試料表面がベタベタする
± :試料表面が若干ベタベタする
- :試料表面がベタベタしない。
柔軟性:
+ :1cm×2cmの試料を半分に折り曲げ、折り曲げ線に沿って折り曲げると試料が破壊せずに折り曲げられ、十分な柔軟性を有する
-:1 cm×2cmの試料を半分に折り曲げ、折り曲げ線に沿って試料が脆性挙動を示す「パリパリ」状態となり一部破壊する。
In Table 2, “Before Gly removal” and “After Gly removal” mean that fibroin nanofibers were insolubilized with glycerin / ethanol mixed solution, and then before treatment to remove glycerin with ethanol (before Gly removal) and after (After removing Gly).
The items “Sample characteristics” and “Flexibility” in Table 2 were evaluated in the following categories.
Sample characteristics:
+: Sample surface is sticky ±: Sample surface is slightly sticky
-: The sample surface is not sticky.
Flexibility:
+: A sample of 1 cm x 2 cm is folded in half and bent along the fold line so that the sample is folded without breaking and has sufficient flexibility
-: A 1 cm x 2 cm sample is folded in half, and along the fold line, the sample becomes brittle and partially breaks.

実験例2に記載の方法で製造した家蚕絹フィブロイン膜および家蚕絹フィブロインスポンジをTFAに溶解したフィブロインTFAをエレクトロスピニングしてなる絹フィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液に浸漬し水不溶化処理を行った。上述した方法と同様の方法により試料の特徴と柔軟性を評価したところ、家蚕フィブロイン水溶液から製造したフィブロインナノファイバーの水不溶化処理試料と同様な結果が得られた。   Silk fibroin nanofibers obtained by electrospinning fibroin TFA in which the silkworm silk fibroin membrane and the silkworm silk fibroin sponge produced by the method described in Experimental Example 2 are dissolved in TFA are immersed in a mixed solution of glycerin / ethanol and water insolubilized. It was. When the characteristics and flexibility of the sample were evaluated by the same method as described above, the same result as that of the water insolubilized sample of fibroin nanofibers produced from the rabbit fibroin aqueous solution was obtained.

表2に示すように、家蚕フィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液で水不溶化処理をする際、組成比が50/50 以上となりグリセリン濃度が増加すると、シルクナノファイバーの表面はグリセリンが付着し、ベタベタした状態となるが、組成比50/50以下であるとシルクナノファイバーの表面ではグリセリンによるベタ付とグリセリンの付着は見られなかった。
グリセリンを除去するためのエタノール処理の前後でもフィブロインナノファイバーの柔軟性は変化すること無く、処理後においても処理前と同様に柔軟性を保持していた。
実験例16に記載するとおりグリセリンに特徴的なFTIRスペクトルは1030cm-1に現れることから、グリセリン/エタノール混合溶液の組成比が50/50以上、すなわちグリセリン濃度が増加した混合溶液で処理したフィブロインナノファイバーのFTIRスペクトルには1030cm-1のピークが現れ、試料にはグリセリンが付着していることが確認できる。グリセリンを含む試料をアルコールに2〜10分間浸漬するだけで試料に含まれるグリセリンは完全に除去できることが確認され、試料の表面がベタベタする感触は解消された。
なお、エタノール濃度が高い25/75、0/100のグリセリン/エタノール混合溶液で試料を浸漬処理しても試料の柔軟性は保持されていた。
また、フィブロインナノファイバーを100%(0/100)エタノールで処理すると水不溶化はするが試料の厚さが増加し脆性的となり脆くなり、本発明によるグリセリン/エタノール混合溶液による浸漬処理でフィブロインを水不溶化することに進歩性を主張することができる。
As shown in Table 2, when water insolubilization treatment of rabbit fibroin nanofibers with a glycerin / ethanol mixed solution, when the composition ratio becomes 50/50 or more and the glycerin concentration increases, glycerin adheres to the surface of the silk nanofibers, However, when the composition ratio was 50/50 or less, the surface of the silk nanofiber was not sticky due to glycerin and adhered to glycerin.
The flexibility of the fibroin nanofibers was not changed before and after the ethanol treatment for removing glycerin, and the flexibility was maintained after the treatment as before the treatment.
Since the characteristic FTIR spectrum of glycerin appears at 1030 cm −1 as described in Experimental Example 16, the composition ratio of the glycerin / ethanol mixed solution is 50/50 or more, that is, fibroin nano treated with the mixed solution with increased glycerin concentration. A peak of 1030 cm -1 appears in the FTIR spectrum of the fiber, and it can be confirmed that glycerin is attached to the sample. It was confirmed that the glycerin contained in the sample could be completely removed by simply immersing the glycerin-containing sample in alcohol for 2 to 10 minutes, and the sticky feeling of the sample surface was eliminated.
Even when the sample was immersed in a 25/75 or 0/100 glycerol / ethanol mixed solution having a high ethanol concentration, the flexibility of the sample was maintained.
In addition, when fibroin nanofibers are treated with 100% (0/100) ethanol, water insolubilization occurs, but the thickness of the sample increases, making it brittle and brittle. Fibroin is treated with water by immersing with a glycerin / ethanol mixed solution according to the present invention. You can claim inventive step to insolubilize.

(実験例4)PEGを用いた家蚕及び柞蚕フィブロイン膜の水不溶化処理:PEG/エタノール処理後、エタノール処理の有無による試料の特性変化
家蚕絹フィブロイン水溶液あるいは柞蚕のフィブロイン水溶液ならびに実験例1記載の家蚕のフィブロイン水溶液をポリエチレン膜の表面に拡げて蒸発乾燥固化することで家蚕あるいは柞蚕のフィブロイン膜を製造した。
分子量20万のポリエチレングリコール(PEG)を水に溶解して5wt%のPEG水溶液を調製し、それにエタノールを加え、PEGとエタノールの濃度が組成比で100/0、75/25、50/50、25/75、0/100のPEG/エタノール混合溶液を作り、柞蚕及び家蚕のフィブロイン膜を5分間浸漬した。その後、PEG/エタノール混合溶液から試料を取り出し、室温で20分間、軽く乾燥した。柞蚕及び家蚕のフィブロイン膜をPEG/エタノール(100/0)の混合溶液に浸漬すると試料膜は膨潤し、試料をPEG/エタノール(100/0)の混合溶液から取り出す際、試料の形態が失われてしまった。但し、柞蚕及び家蚕のフィブロイン膜を組成比 75/25、50/50、25/75のPEG/エタノール混合溶液から取り出して試料の形態が失われることはなかった。
(Experimental example 4) Water insolubilization treatment of rabbit and silkworm fibroin membranes using PEG: Changes in sample properties with or without ethanol treatment after PEG / ethanol treatment rabbit silk fibroin aqueous solution or silkworm fibroin aqueous solution and rabbit as described in Experimental Example 1 An aqueous fibroin solution was spread on the surface of the polyethylene membrane and evaporated to dryness to produce a fibroin membrane of rabbit or silkworm.
Polyethylene glycol (PEG) with a molecular weight of 200,000 is dissolved in water to prepare a 5 wt% PEG aqueous solution, ethanol is added thereto, and the concentration ratio of PEG and ethanol is 100/0, 75/25, 50/50, A 25/75, 0/100 PEG / ethanol mixed solution was prepared, and the fibroin membranes of rabbits and rabbits were immersed for 5 minutes. Thereafter, the sample was taken out from the PEG / ethanol mixed solution and lightly dried at room temperature for 20 minutes. If the fibroin membranes of rabbits and rabbits are immersed in a mixed solution of PEG / ethanol (100/0), the sample membrane swells, and when the sample is removed from the mixed solution of PEG / ethanol (100/0), the form of the sample is lost. I have. However, the morphology of the sample was not lost by removing the fibroin membranes of rabbit and rabbit from the PEG / ethanol mixed solution of composition ratio 75/25, 50/50, 25/75.

柞蚕フィブロイン膜をPEG/エタノール(0/100)に浸漬処理して水不溶化した柞蚕フィブロイン膜のFTIRスペクトルをすると水不溶化処理の試料と同様に1655cm-1にピークが出現しており、水不溶化処理をしても試料膜の分子形態には変化が見られなかった。PEG/エタノール(75/25、50/50、25/75)混合溶液に5分間浸漬処理すると、試料には1630cm-1にピークが認められ、柞蚕フィブロイン膜の分子形態はランダムコイル形態からβ型に変わり、かつ試料膜は水に不溶性となった。PEG/エタノール(75/25、50/50、25/75)に浸漬処理した柞蚕フィブロイン膜を、後処理で、試料に含まれるPEGを除去するためエタノール中で浸漬処理しても試料の分子形態はβ型に変わったままであった。
また、家蚕フィブロイン膜をPEG/エタノール(0/100)に浸漬処理しても試料の分子形態の変化は見られなかったが、PEG/エタノール(75/25、50/50、25/75)混合溶液に5分間浸漬処理すると試料の分子形態はランダムコイル形態からβ型に変わり、かつ試料膜は水に不溶性となった。PEG/エタノール(75/25, 50/50, 25/75)に浸漬処理した家蚕フィブロイン膜を、さらに、エタノールで処理して試料に含まれるPEGを除去したところ、試料の分子形態はβ型に変わったままであった。
FT FTIR spectrum of 柞 蚕 fibroin membrane that has been insolubilized by immersing the 柞 蚕 fibroin membrane in PEG / ethanol (0/100) shows a peak at 1655 cm -1 as in the case of water insolubilized sample. However, no change was observed in the molecular form of the sample film. When immersed in a mixed solution of PEG / ethanol (75/25, 50/50, 25/75) for 5 minutes, a peak is observed at 1630 cm -1 in the sample, and the molecular form of the fibroin film changes from the random coil form to the beta form. And the sample membrane became insoluble in water. The molecular form of the sample even if the fibroin membrane soaked in PEG / ethanol (75/25, 50/50, 25/75) is soaked in ethanol to remove the PEG contained in the sample. Remained transformed into β-form.
In addition, even though the rabbit fibroin membrane was soaked in PEG / ethanol (0/100), the molecular morphology of the sample did not change, but PEG / ethanol (75/25, 50/50, 25/75) mixed When immersed in the solution for 5 minutes, the molecular form of the sample changed from the random coil form to β-type, and the sample film became insoluble in water. The rabbit fibroin membrane soaked in PEG / ethanol (75/25, 50/50, 25/75) was further treated with ethanol to remove the PEG contained in the sample. It remained changing.

(実験例 5)柞蚕フィブロインナノファイバーの製造と水不溶化処理
野蚕である柞蚕絹糸を精練し、柞蚕のフィブロインスポンジを製造し、TFAに溶解し、エレクトロスピニングしてフィブロインナノファイバーを製造した。
エレクトロスピニングで製造した直後の柞蚕フィブロインナノファイバーは水に極めて溶解し易い。柞蚕フィブロインナノファイバーを水に不溶化処理するため、濃度の異なるグリセリン/エタノール混合溶液に5分間浸漬した後、グリセリン/エタノール混合溶液から試料を取り出し、室温で20分間軽く乾燥させる。こうして作成した野蚕フィブロインナノファイバーを100%(0/100)エタノールに5分間浸漬して試料に含まれるグリセリンを除去したグリセリンを除去する前(Gly除去前)と後(Gly除去後)のフィブロインナノファイバーの特徴と柔軟性を目視と触手観察で調べた。得られた結果が表3である。試料の特徴及び柔軟性の項目における+、−等の表記の意味は実験例3の表記と同一である。
(Experimental example 5) Manufacture of a cocoon fibroin nanofiber, and water insolubilization processing The silkworm silk thread which is a field cocoon was scoured, the cocoon fibroin sponge was manufactured, it melt | dissolved in TFA, and electrospinning produced the fibroin nanofiber.
The soot fibroin nanofibers immediately after being produced by electrospinning are extremely soluble in water.す る In order to insolubilize fibroin nanofibers in water, after immersing in glycerin / ethanol mixed solution of different concentration for 5 minutes, remove the sample from glycerin / ethanol mixed solution and lightly dry at room temperature for 20 minutes. Fibroin nano before (after Gly removal) and after (after Gly removal) removal of glycerin after removing glycerin contained in the sample by immersing the wild silk fibroin nanofibers thus prepared in 100% (0/100) ethanol for 5 minutes The characteristics and flexibility of the fiber were examined visually and with tentacles. Table 3 shows the obtained results. The meanings of notations such as + and − in the items of sample characteristics and flexibility are the same as those in Experimental Example 3.

表3に示すように、柞蚕フィブロインナノファイバーを水不溶化させるため、組成比が異なるグリセリン/エタノール混合溶液に浸漬したところ、グリセリン濃度が高くても柞蚕フィブロインナノファイバー表面はベタベタすることは無く、家蚕フィブロインナノファイバー表面ではベタベタしたことと対照的であった。
また、柞蚕フィブロインナノファイバーの柔軟性は、実験例3で示した家蚕フィブロインナノファイバーと同様に、水不溶化処理後、エタノール処理により試料に含まれたグリセリンを除去する処理前後の変化は認められず、処理後においても処理前と同様の柔軟性を保持していた。
As shown in Table 3, in order to insolubilize the fibroin nanofibers, when immersed in a glycerin / ethanol mixed solution having a different composition ratio, the surface of the fibroin nanofibers does not become sticky even if the glycerin concentration is high. This was in contrast to the stickiness on the fibroin nanofiber surface.
In addition, the flexibility of sputum fibroin nanofibers was not changed before and after the treatment to remove glycerin contained in the sample by ethanol treatment after water insolubilization treatment, similar to the rabbit fibroin nanofiber shown in Experimental Example 3. Even after the treatment, the same flexibility as before the treatment was maintained.

(実験例6)グリセリン/エタノール水溶液処理時における試料の膨潤状態
実験例1で作成した家蚕のフィブロインナノファイバー(BSF nf)を水不溶化処理するため、組成比が異なるグリセリン/エタノールの混合溶液に試料を5分間浸漬し、試料を引き上げる際、試料の膨潤状態を評価することで試料形状が崩れるかどうかを調べた。なお、対象試料として家蚕フィブロイン膜(BSF膜)、家蚕フィブロイン繊維(BSF繊維)についても同様の実験を行った。また、柞蚕フィブロインナノファイバー(TSF nf)、柞蚕フィブロイン膜(TSF 膜)、柞蚕フィブロイン繊維(TSF繊維)についても同様の実験を行った。
各種試料の膨潤程度の評価結果を表4に示す。
(Experimental example 6) Swelling state of sample during glycerin / ethanol aqueous solution treatment Rabbit fibroin nanofibers (BSF nf) prepared in Experimental example 1 were insolubilized in water, so the samples were mixed in glycerin / ethanol mixed solutions with different composition ratios. Was immersed for 5 minutes, and when the sample was pulled up, it was investigated whether the sample shape collapsed by evaluating the swelling state of the sample. The same experiment was performed on rabbit fibroin membrane (BSF membrane) and rabbit fibroin fiber (BSF fiber) as target samples. In addition, the same experiment was carried out for soot fibroin nanofiber (TSF nf), soot fibroin membrane (TSF membrane), and soot fibroin fiber (TSF fiber).
Table 4 shows the evaluation results of the degree of swelling of various samples.

表4における膨潤状態は次の2種類のカテゴリーで評価した。
膨潤状態:
-: グリセリン/エタノール混合溶液中で試料が著しく膨潤し、グリセリン/エタノール混合溶液から試料を取り出し際試料の形が崩れてしまった。
+; グリセリン/エタノール混合溶液中で試料は膨潤することなく、グリセリン/エタノール混合溶液から試料が取り出せた。
The swelling state in Table 4 was evaluated in the following two categories.
Swelling state:
-: The sample swelled significantly in the glycerin / ethanol mixed solution, and the shape of the sample was broken when the sample was taken out from the glycerin / ethanol mixed solution.
+; The sample was removed from the glycerin / ethanol mixed solution without swelling in the glycerin / ethanol mixed solution.

本願発明では、試料を水不溶化するため組成比が異なるグリセリン/エタノール混合溶液に試料を入れる処理が重要な発明の構成となっており、効率的に水不溶化試料を製造するには、グリセリン/エタノール混合溶液の組成比を制御することが重要である。シルクナノファイバーを組成比100/0のグリセリン溶液に入れると試料にグリセリンが入り込んで著しく試料が膨潤し、試料がドロドロ状態となり、グリセリン溶液から試料を引き上げることができなくなった。
表4から、家蚕及び柞蚕のフィブロイン繊維は、グリセリン濃度が異なっても試料形状が崩れることは一切なかった。
家蚕及び柞蚕のフィブロイン膜は、組成比100/0のグリセリン/エタノール混合溶液による処理では試料が膨潤し試料形状が崩れた。
家蚕ならびに柞蚕フィブロインナノファイバーは、75/25〜100/0のグリセリン/エタノール処理で試料形状が崩れたため、家蚕ならびに柞蚕フィブロインナノファイバーの水不溶化処理は、組成比50/50〜90/10のグリセリン/エタノール混合溶液で少なくもと2分、好ましくは3〜8分浸漬処理するとよい。
家蚕ならびに柞蚕フィブロイン膜の水不溶化処理は、組成比75/25〜100/0 のグリセリン/エタノール混合溶液で少なくもと2分、好ましくは3〜8分浸漬処理するとよい。
In the present invention, the process of putting the sample into a glycerin / ethanol mixed solution having a different composition ratio in order to insolubilize the sample is an important aspect of the invention. To efficiently produce a water-insolubilized sample, glycerin / ethanol It is important to control the composition ratio of the mixed solution. When silk nanofibers were placed in a glycerin solution with a composition ratio of 100/0, glycerin entered the sample and the sample swelled significantly, and the sample became muddy, making it impossible to pull up the sample from the glycerin solution.
From Table 4, it was found that the fibroin fibers of rabbits and silkworms did not collapse at all even when the glycerin concentration was different.
Rabbit and silkworm fibroin membranes were swollen by the treatment with a glycerin / ethanol mixed solution having a composition ratio of 100/0, and the sample shape collapsed.
Rabbits and silkworm fibroin nanofibers were crushed with 75/25 to 100/0 glycerin / ethanol treatment, so the water insolubilization treatment of rabbits and silkworm fibroin nanofibers was glycerin with a composition ratio of 50/50 to 90/10. / Ethanol mixed solution for at least 2 minutes, preferably 3-8 minutes.
The water insolubilization treatment of the rabbit and silkworm fibroin membrane may be performed by immersing with a glycerin / ethanol mixed solution having a composition ratio of 75/25 to 100/0 for at least 2 minutes, preferably 3 to 8 minutes.

(実験例7)家蚕フィブロインナノファイバーの機械的性質
実験例1に記述した22.4wt%のフィブロイン水溶液をエレクトロスピニングして製造したフィブロインナノファイバーを、異なる濃度のグリセリン/エタノール混合溶液に5分間浸漬し水不溶化処理を行った。グリセリン/エタノール混合溶液から試料を取り出し、室温で20分間軽く乾燥させた。その後、試料表面に付着したグリセリンを除去するため100%濃度のエタノール溶液に5分間浸漬した。室温で試料を乾燥させたフィブロインナノファイバーの強度と伸度測定を行った。また、エレクトロスピニング直後のシルクナノファイバー(As spun)の強度・伸度測定も併せて行った。得られた結果を表5に示す。
(Experimental Example 7) Mechanical Properties of Rabbit Fibroin Nanofibers Fibroin nanofibers prepared by electrospinning 22.4 wt% fibroin aqueous solution described in Experimental Example 1 were immersed in glycerin / ethanol mixed solutions of different concentrations for 5 minutes. Water insolubilization treatment was performed. A sample was taken from the glycerin / ethanol mixed solution and lightly dried at room temperature for 20 minutes. Then, in order to remove glycerin adhering to the sample surface, it was immersed in a 100% concentration ethanol solution for 5 minutes. The strength and elongation of fibroin nanofibers dried at room temperature were measured. The strength and elongation of silk nanofiber (As spun) immediately after electrospinning were also measured. The results obtained are shown in Table 5.

表5に示すように、エレクトロスピニング直後のシルクノナノファイバーは、伸度は25.8%,強度は0.1Mpaであり中程度の優れた伸度特性を示すが、試料の強度は小さい値となった。
これに対して、グリセリン/エタノール混合溶液を用いて水に対する不溶化処理を行い、その後、エタノール処理により試料表面のグリセリンを除去した家蚕フィブロインナノファイバーの強度は、As-spunよりいずれの試料も増加した。
実験例2に記載の方法で、すなわち溶媒にTFAを用いエレクトロスピングして製造した家蚕絹フィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液に浸漬し、その後、室温で試料を20分間乾燥した試料の機械的な特性を測定したところ、実験例7に記載したフィブロイン水溶液をエレクトロスピニングして製造したフィブロインナノファイバーの測定結果と同様の傾向が見られた。
家蚕フィブロインナノファイバーの伸度は、グリセリンの組成比が10/90以上のグリセリン/エタノール混合溶液による処理で、As-spunよりも大きな値となった。グリセリンの組成比が10/90では、As-spun 試料の伸度が特異的に増加し76%となった。なお、組成比が100/0のグリセリンにAs-spunナノファイバーを浸漬するとグリセリンの粘度が高すぎて、ナノファイバーがドロドロ状態となりグリセリンから引き上げる際に試料が千切れてしまい測定できなかったので表5には記載しなかった。
As shown in Table 5, the silk nanofiber immediately after electrospinning exhibited an excellent elongation characteristic of 25.8% and strength of 0.1 MPa, but the strength of the sample was small.
On the other hand, the strength of rabbit fibroin nanofibers, which were insolubilized in water using a glycerin / ethanol mixed solution and then removed the glycerin on the sample surface by ethanol treatment, increased in all samples compared to As-spun. .
The sample machine was prepared by immersing a silkworm silk fibroin nanofiber produced by electrosping using TFA as a solvent in the method described in Experimental Example 2, and then drying the sample for 20 minutes at room temperature. As a result, the same tendency as the measurement result of the fibroin nanofiber produced by electrospinning the fibroin aqueous solution described in Experimental Example 7 was observed.
The elongation of rabbit fibroin nanofibers was higher than that of As-spun after treatment with a glycerin / ethanol mixed solution with a glycerin composition ratio of 10/90 or more. When the composition ratio of glycerin was 10/90, the elongation of the As-spun sample increased specifically to 76%. It should be noted that when As-spun nanofibers were immersed in glycerin with a composition ratio of 100/0, the viscosity of glycerin was too high, and the nanofibers became muddy and the sample was broken and could not be measured. It was not described in 5.

(実験例8)家蚕フィブロインナノファイバーのDMA測定
DMA により試料の粘弾性特性の測定を行った。ここでは、フィブロインナノファイバーの損失弾性率(E”)を測定した。測定温度領域は 20〜240℃であった。DMAでは、温度分散測定によるガラス転移温度や弾性率の温度依存性が測定できる。E"では、分子運動に対応する特性が反映される。
実験例1の22.4wt%の家蚕フィブロイン水溶液をエレクトロスピニングして製造したフィブロインナノファイバーを、濃度の異なるグリセリン/エタノール混合溶液に5分間浸漬し水に対する不溶化処理を行った。その後、グリセリン/エタノール混合溶液から試料を取り出し、室温で20分間軽く乾燥させてなるフィブロインナノファイバーの粘弾性測定(DMA)を行った。得られた結果を図1に示す。
(Experimental example 8) DMA measurement of rabbit fibroin nanofiber
The viscoelastic properties of the samples were measured by DMA. Here, the loss elastic modulus (E ″) of fibroin nanofibers was measured. The measurement temperature range was 20 to 240 ° C. With DMA, the temperature dependence of glass transition temperature and elastic modulus by temperature dispersion measurement can be measured. E "reflects the properties corresponding to molecular motion.
Fibroin nanofibers produced by electrospinning the 22.4 wt% rabbit rabbit fibroin aqueous solution of Experimental Example 1 were immersed in glycerin / ethanol mixed solutions having different concentrations for 5 minutes to insolubilize in water. Thereafter, a sample was taken out from the glycerin / ethanol mixed solution, and viscoelasticity measurement (DMA) was performed on fibroin nanofibers which were lightly dried at room temperature for 20 minutes. The obtained results are shown in FIG.

図1から分かることは次のことである。エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー(a)のフィブロイン分子の運動は140℃以上で始まり、その分子運動は180℃で最高となる。試料(a)をグリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)で浸漬して水不溶化させた試料(b)は、120℃以上で分子運動が起こり始め、その運動が最高になるのが210℃である。(b)をエタノールで浸漬して試料に含有されたグリセリンを除去した試料(c)は、80℃と140℃で分子運動が起こり、その運動が最高になるのが209℃である。
エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー(a)より試料(b)あるいは試料(c)の分子運動が最高になる温度が30℃以上の高温となったことは、フィブロインナノファイバーがグリセリン/エタノール混合溶液による浸漬処理で結晶化すること、結晶化に伴い高い温度で熱分子運動がおこることを示唆し、すなわちフィブロインの構造が安定したことを意味する。
It can be seen from FIG. Immediately after electrospinning, fibroin nanofiber (a) fibroin molecules begin to move above 140 ° C, and the molecular motion is highest at 180 ° C. In sample (b), in which sample (a) is immersed in a glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 50/50) and water insolubilized, molecular motion begins to occur at 120 ° C. or higher, and the maximum motion is 210. ° C. In the sample (c) obtained by immersing (b) in ethanol and removing the glycerin contained in the sample, molecular motion occurs at 80 ° C. and 140 ° C., and the maximum motion is 209 ° C.
The temperature at which the molecular motion of sample (b) or sample (c) reaches the highest temperature of 30 ° C or higher is higher than that of fibroin nanofiber (a) immediately after electrospinning. It suggests that crystallization is performed by immersion treatment, and that thermal molecular motion occurs at a high temperature accompanying crystallization, that is, the structure of fibroin is stabilized.

(実験例9)家蚕フィブロインナノファイバーのSEM観察
濃度が22.4、27.3、47.1wt%の家蚕シルク水溶液をエレクトロスピニングした直後の家蚕フィブロインナノファイバーのSEM画像を図2に示す。この家蚕フィブロインナノファイバーは、実験例1で記述した家蚕シルク水溶液をエレクトロスピニングした直後のシルクナノファイバーである。
図2(a)、(b)、(c)は、それぞれ、試料濃度22.4、27.3、47.1wt%の家蚕シルク水溶液から作成した家蚕フィブロインナノファイバーのSEM画像であり、得られたシルクナノファイバーの平均繊維径は実験例10でも明らかなように、それぞれ、800、1000、1800nmであった。図2のSEM画像から、家蚕フィブロインナノファイバーの断面形状は、円形ではなく、扁平な「キシメン」状を呈するものが多かった。
(Experimental Example 9) SEM Observation of Rabbit Fibroin Nanofibers SEM images of rabbit fibroin nanofibers immediately after electrospinning of a rabbit silk solution having concentrations of 22.4, 27.3, and 47.1 wt% are shown in FIG. This rabbit fibroin nanofiber is a silk nanofiber immediately after electrospinning the rabbit silk solution described in Experimental Example 1.
Figures 2 (a), (b), and (c) are SEM images of rabbit fibroin nanofibers prepared from rabbit silk solutions with sample concentrations of 22.4, 27.3, and 47.1 wt%, respectively. The average fiber diameters were 800, 1000, and 1800 nm, respectively, as is clear in Experimental Example 10. From the SEM image of FIG. 2, the cross-sectional shape of rabbit fibroin nanofibers was not circular but often had a flat “ximen” shape.

(実験例10)家蚕フィブロインナノファイバーの繊維径と試料濃度との関係
濃度が異なる家蚕シルク水溶液をエレクトロスピニングした直後、すなわちグリセリン/エタノール処理あるいはエタノール処理を全く施してないフィブロインナノファイバーのSEM画像に基づいて、フィブロインナノファイバーの繊維径を測定した。得られた結果を表6に示す。
(Experimental example 10) Relationship between fiber diameter of rabbit fibroin nanofiber and sample concentration Immediately after electrospinning a silk solution of rabbit with different concentrations, that is, an SEM image of fibroin nanofiber not subjected to glycerol / ethanol treatment or ethanol treatment at all. Based on this, the fiber diameter of the fibroin nanofiber was measured. The results obtained are shown in Table 6.

表6で、NTとあるのは、エレクトロスピニングすることが不可能であり、SEM測定をしなかったことを意味する。
表6から、フィブロインナノファイバーの繊維径は、シルク水溶液濃度が22.4wt%で800nmであり、シルク水溶液濃度が増加すると繊維径が増大し、シルク水溶液濃度が43.1wt%では、太い繊維径のマイクロスケールオーダーとなった。
一方、実験例2記載のシルクナノファイバー、家蚕絹フィブロイン膜をTFAに溶解しエレクトロスピニングしてなる家蚕絹フィブロインナノファイバーの繊維経は、200〜250nmであった。
In Table 6, “NT” means that electrospinning was impossible and SEM measurement was not performed.
From Table 6, the fiber diameter of the fibroin nanofiber is 800 nm when the silk aqueous solution concentration is 22.4 wt%. The fiber diameter increases as the silk aqueous solution concentration increases, and when the silk aqueous solution concentration is 43.1 wt%, It became a scale order.
On the other hand, the fiber length of silkworm silk fibroin nanofibers obtained by dissolving the silk nanofiber and rabbit silk fibroin membrane described in Experimental Example 2 in TFA and electrospinning was 200 to 250 nm.

(実験例11)グリセリン処理した家蚕フィブロインナノファイバーのSEM画像
試料濃度43.1wt%の家蚕シルク水溶液をエレクトロスピニングして得たナノファイバーを100%のグリセリンに10分間浸漬した。浸漬修了後、試料についているグリセリンをキムワイプで丁寧にふき取った。その後、24時間、室温に放置し乾燥したが、試料は湿っており、試料にグリセリンが微量残っていた。
図3(a)は、グリセリンに浸漬処理する前のナノファイバーのSEM画像、図3(b)はグリセリンに5分間浸漬し、乾燥処理を行った後のナノファイバーのSEM画像である。
家蚕フィブロインナノファイバーの繊維径は、グリセリンによる浸漬処理前後でも大きな変化は見られないが、浸漬処理後のシルクナノファイバー表面にはグリセリンによる極めて薄い皮膜が付着する傾向が見られた。
Experimental Example 11 SEM Image of Rabbit Fibroin Nanofiber Treated with Glycerin Nanofibers obtained by electrospinning a rabbit silk solution with a sample concentration of 43.1 wt% were immersed in 100% glycerin for 10 minutes. After completion of the immersion, the glycerin attached to the sample was carefully wiped off with a Kimwipe. Thereafter, the sample was allowed to stand at room temperature for 24 hours and dried, but the sample was wet and a trace amount of glycerin remained in the sample.
FIG. 3 (a) is an SEM image of the nanofiber before being immersed in glycerin, and FIG. 3 (b) is an SEM image of the nanofiber after being immersed in glycerin for 5 minutes and dried.
The fiber diameter of the rabbit fibroin nanofibers did not change much before and after the immersion treatment with glycerin, but there was a tendency for a very thin film of glycerin to adhere to the surface of the silk nanofibers after the immersion treatment.

(実験例12)グリセリンあるいはメタノール処理に伴う試料形態
22.4wt%の家蚕フィブロイン水溶液をエレクトロスピニングして製造した直後のフィブロインナノファイバーを5分間、100/0 グリセリン、グリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)、0/100エタノールにそれぞれ浸漬処理し、その後、各溶液から試料を引き上げて室温で軽く乾燥させた。フィブロインナノファイバーの乾燥後の状態を写真撮影した。得られた結果が図4である。
図4からわかること。フィブロインナノファイバー(a)は、100/0グリセリンで処理(b)すると試料の大きさ(サイズ)は変化しないが、やや透明になる。グリセリン/メタノール混合溶液処理(c)では試料サイズは変化しないがフィブロインナノファイバーの透明度が増加する。0/100メタノール処理(d)を行うとフィブロインナノファイバーのサイズは著しく収縮してしまい元の形態を保てなくなり、試料は脆くそして不透明となった。
(Experimental example 12) Sample form accompanying glycerol or methanol treatment
Immediately after the electrospinning of the 22.4wt% rabbit fibroin aqueous solution, the fibroin nanofibers were immersed in 100/0 glycerin, glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 50/50), and 0/100 ethanol for 5 minutes. Thereafter, the sample was pulled up from each solution and lightly dried at room temperature. The state of the fibroin nanofiber after drying was photographed. The obtained result is shown in FIG.
As can be seen from FIG. When fibroin nanofiber (a) is treated with 100/0 glycerin (b), the sample size (size) does not change, but becomes slightly transparent. In the glycerin / methanol mixed solution treatment (c), the sample size does not change, but the transparency of the fibroin nanofibers increases. When the 0/100 methanol treatment (d) was performed, the size of the fibroin nanofibers contracted significantly and the original shape could not be maintained, and the sample became brittle and opaque.

(実験例13)グリセリン/エタノール混合溶液あるいはメタノール処理した家蚕フィブロインナノファイバーの透明度
22.4wt%の家蚕フィブロイン水溶液をエレクトロスピニングした直後のフィブロインナノファイバー(ES直後)を、100%グリセリン(Gly)、グリセリン/エタノール混合溶液処理(Gly/E(50/50))、100%エタノール処理(E)を5分間行った試料の透明度を目視により観察した。観察結果を表7に示す。
(Experimental Example 13) Transparency of Rabbit Fibroin Nanofiber Treated with Glycerin / Ethanol Mixture Solution or Methanol
Immediately after electrospinning 22.4wt% rabbit rabbit fibroin aqueous solution (immediately after ES), treatment with 100% glycerin (Gly), glycerin / ethanol mixed solution (Gly / E (50/50)), 100% ethanol treatment The transparency of the sample subjected to (E) for 5 minutes was visually observed. Table 7 shows the observation results.

表7で、試料の透明度は次の3種類のカテゴリーで評価した。
+:透明で文字を印字したプリント用紙の文字が見える。
++:極めて透明度が高く印字したプリント用紙の文字が見える。
−:透明が低く文字を印字したプリント用紙の文字が見えない。
In Table 7, the transparency of the sample was evaluated in the following three categories.
+: The characters on the print paper that are transparent and printed are visible.
++: The characters on the printed paper can be seen with extremely high transparency.
-: Characters on the print paper with low transparency are not visible.

表7に示すように、22.4wt%のシルク水溶液をエレクトロスピニングして得られたフィブロインナノファイバーと、0/100エタノール処理したフィブロインナノファイバーはいずれも不透明であったが、グリセリンあるいはグリセリン/エタノール(50/50)混合溶液で浸漬処理したフィブロインナノファイバーの透明度が増加した。
表7記載の各種処理による試料の透明度ならびに目視所見は次の通りである。
100%エタノール処理(E)した試料は、不透明でかつ試料が固くて脆くなり、乾燥する過程で折れ曲がってしまった。
100/0グリセリン(G)、Gly/E(50/50)処理により透明性が向上したフィブロインナノファイバーを、0/100エタノールに浸漬する処理を行った。下記の実験例15に記載したFTIRスペクトルの測定結果からも明らかなとおり、0/100エタノールに浸漬処理により試料に含まれるグリセリンが除去されたが、試料は不透明状態のままであった。
As shown in Table 7, fibroin nanofibers obtained by electrospinning a 22.4 wt% silk aqueous solution and 0/100 ethanol-treated fibroin nanofibers were both opaque, but glycerin or glycerin / ethanol ( The transparency of fibroin nanofibers soaked with 50/50) mixed solution increased.
The transparency and visual observation of the samples by various treatments described in Table 7 are as follows.
The sample treated with 100% ethanol (E) was opaque and the sample became hard and brittle and bent during the drying process.
The fibroin nanofibers whose transparency was improved by treatment with 100/0 glycerin (G) and Gly / E (50/50) were immersed in 0/100 ethanol. As is apparent from the measurement results of the FTIR spectrum described in Experimental Example 15 below, glycerin contained in the sample was removed by immersion treatment in 0/100 ethanol, but the sample remained in an opaque state.

(実験例14)グリセリン/エタノール混合溶液で処理した家蚕フィブロインナノファイバーの水不溶性
試料濃度が22.4、27.3、47.1wt%のシルク水溶液をエレクトロスピニングした直後の家蚕フィブロインナノファイバーを、濃度の異なるグリセリン/エタノールの混合溶液(組成比:90/10、70/30、50/50、30/70、10/90、0/100)に5分間浸漬する処理を行った後、0/100エタノールで処理した家蚕フィブロインナノファイバーの水に対する溶解性を調べた。
上記処理を施した試料のうち、グリセリン/エタノールの混合溶液(組成比0/100)に浸漬処理した試料をエタノール処理したフィブロインナノファイバーを室温の水に24時間浸漬させたところ初期重量の32%が減量してしまい、100/0グリセリン処理では試料が水不溶性にはならなかった。
一方、グリセリン/エタノールの混合溶液(組成比:90/10、70/30、50/50、30/70、10/90)にフィブロインナノファイバーを浸漬処理した試料は、室温の水に24時間浸漬させても試料の減量は全く起こらず、試料は水不溶化したことが確かめられた。水不溶化したフィブロインナノファイバーを組成比10/90〜90/10のグリセリン/エタノールの混合溶液で浸漬処理しても、試料の大きさ(サイズ)の変化はなく、かつ試料に柔軟性が付与でき、透明度が増加した。こうした効果はグリセリン濃度10/90-90/10の処理がもっとも効率的であった。
なお、実験例3において使用したシルクナノファイバーを異なる濃度のグリセリン/エタノール混合溶液で2分浸漬処理した後、実施例14の方法と同様に水に24時間浸漬させたところ試料重量の減少は見られず試料が水不溶化していることが確認できた。
(Experimental example 14) Water-insoluble rabbit fibroin nanofibers treated with a glycerin / ethanol mixed solution Rabbit fibroin nanofibers immediately after electrospinning a silk solution with sample concentrations of 22.4, 27.3, and 47.1 wt% After being immersed in a mixed solution of ethanol (composition ratio: 90/10, 70/30, 50/50, 30/70, 10/90, 0/100) for 5 minutes, then treated with 0/100 ethanol The solubility of rabbit silk fibroin nanofibers in water was investigated.
Of the samples subjected to the above treatment, fibroin nanofibers obtained by immersing a sample immersed in a mixed solution of glycerin / ethanol (composition ratio 0/100) with ethanol were immersed in water at room temperature for 24 hours. As a result, the sample did not become water-insoluble when treated with 100/0 glycerin.
On the other hand, a sample in which fibroin nanofibers are immersed in a mixed solution of glycerin / ethanol (composition ratio: 90/10, 70/30, 50/50, 30/70, 10/90) is immersed in water at room temperature for 24 hours. Even if it was made to do, the weight loss of a sample did not occur at all, and it was confirmed that the sample became water-insoluble. Even if water-insolubilized fibroin nanofibers are dipped in a mixed solution of glycerin / ethanol with a composition ratio of 10/90 to 90/10, the sample size does not change and the sample can be given flexibility. , Transparency increased. These effects were most effective when the glycerol concentration was 10 / 90-90 / 10.
In addition, after the silk nanofiber used in Experimental Example 3 was immersed in a mixed solution of glycerin / ethanol having different concentrations for 2 minutes and then immersed in water for 24 hours in the same manner as in Example 14, a decrease in the sample weight was observed. It was confirmed that the sample was insoluble in water.

(実験例15)グリセリン/エタノール混合溶液処理により試料付着のグリセリン
実験例1に記載した22.4wt%シルク水溶液をエレクトロスピニングして製造したフィブロインナノファイバーと、このフィブロインナノファイバーを100/0 グリセリンに浸漬する処理、あるいは0/100 エタノール溶液に5分間浸漬する処理を行ったフィブロインナノファイバーにグリセリンの付着があるかどうかを明らかにするため、FTIRスペクトルを測定した。図5は得られたFTIRスペクトルである。
エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー(a)をグリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)で浸漬処理した試料(b)には、波数1030cm-1に明瞭なピークが現れており、これは実験例16の図6で論議するようにグリセリンによるピークである。一方、エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー(a)、ならびにナノファイバー(a)をエタノール処理した試料(c)には1030 cm-1のピークは一切観察されない。このことは、試料(a)をグリセリン/エタノール混合溶液で処理すると試料(a)にグリセリンが付着するか試料にグリセリンが含まれるようになるが、試料(b)をエタノール溶液に5分浸漬した試料(c)にはグリセリンが除去されたことを示唆する。なお、試料(b)をエタノール溶液に2分浸漬しても試料に含有するエタノールがすべて除去されたことが確認された。
(Experimental example 15) Glycerin adhering to sample by treatment with glycerin / ethanol mixed solution Fibroin nanofiber produced by electrospinning 22.4 wt% silk aqueous solution described in Experimental example 1, and this fibroin nanofiber immersed in 100/0 glycerin In order to clarify whether glycerin adheres to fibroin nanofibers that have been subjected to a treatment to be immersed in a 0/100 ethanol solution for 5 minutes, FTIR spectra were measured. FIG. 5 is the obtained FTIR spectrum.
In the sample (b) in which the fibroin nanofiber (a) immediately after electrospinning was dipped in a glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 50/50), a clear peak appeared at a wave number of 1030 cm -1 , which was experimental. It is a peak due to glycerin as discussed in FIG. On the other hand, no peak at 1030 cm −1 is observed in the fibroin nanofiber (a) immediately after electrospinning and the sample (c) obtained by treating the nanofiber (a) with ethanol. This means that when the sample (a) is treated with a glycerin / ethanol mixed solution, the glycerin adheres to the sample (a) or the sample contains glycerin, but the sample (b) is immersed in the ethanol solution for 5 minutes. Sample (c) suggests that glycerin has been removed. It was confirmed that all the ethanol contained in the sample was removed even when the sample (b) was immersed in an ethanol solution for 2 minutes.

図5によると、エレクトロスピニングして製造した直後のフィブロインナノファイバー(a)については、アミドIバンドが1645cm-1、アミドIIバンドが1535cm-1に現れた。水不溶化処理後、エタノールで処理したフィブロインナノファイバー(c)は、アミドIバンドが1622cm-1、アミドIIバンドが1516cm-1に現れた。一方、グリセリン/エタノール混合溶液で処理したフィブロインナノファイバー(b)についてはアミドIバンドが1622cm-1、アミドIIバンドが1516cm-1ならびに試料に含まれるグリセリンに帰属するピークが1037cm-1に出現した。
エレクトロスピニングして製造したフィブロインナノファイバーはランダムコイル形態であるが、水不溶化処理後に続いてエタノール処理、あるいはグリセリン/エタノール混合溶液で処理したフィブロインナノファイバーの分子構造がβ構造を取ることがわかり、この処理の過程でフィブロインナノファイバーが結晶化したことが実験的に確かめられた。
According to FIG. 5, the fibroin nanofiber (a) immediately after electrospinning produced an amide I band at 1645 cm −1 and an amide II band at 1535 cm −1 . The fibroin nanofiber (c) treated with ethanol after water insolubilization treatment showed an amide I band at 1622 cm −1 and an amide II band at 1516 cm −1 . On the other hand, for the fibroin nanofiber (b) treated with the glycerin / ethanol mixed solution, the amide I band appeared at 1622 cm -1 , the amide II band at 1516 cm -1 and a peak attributed to glycerin contained in the sample appeared at 1037 cm -1 .
Fibroin nanofibers produced by electrospinning are in the form of a random coil, but it can be seen that the molecular structure of fibroin nanofibers treated with ethanol or mixed with glycerin / ethanol after water insolubilization treatment has a β structure, It was experimentally confirmed that fibroin nanofibers crystallized during this treatment.

(実験例16)グリセリン/エタノール処理によるFTIRスペクトル
22.4wt%の家蚕シルク水溶液をエレクトロスピニングして製造したフィブロインナノファイバーを、グリセリン/エタノール混合溶液(組成比:90/10、50/50、10/90)に5分間浸漬し、グリセリン/エタノール混合溶液から引き上げた後、室温で1昼夜乾燥させた。図6は、a:エレクトロスピニングにより得られたフィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比90/10)で浸漬処理したもの、b:グリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)で浸漬処理したもの、c:グリセリン/エタノール混合溶液(組成比10/90)で浸漬処理したもの、d:エレクトロスピニングにより得られたフィブロインナノファイバーを100%グリセリンで浸漬処理したもの、e:エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバーの各試料についてFTIRスペクトルを測定した結果を示す。
(Experimental example 16) FTIR spectrum by glycerol / ethanol treatment
Fibroin nanofibers produced by electrospinning 22.4 wt% of silkworm silk solution are immersed in glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio: 90/10, 50/50, 10/90) for 5 minutes, and mixed with glycerin / ethanol. After pulling up from the solution, it was dried at room temperature for one day. FIG. 6 shows a: fibroin nanofibers obtained by electrospinning immersed in a glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 90/10), b: immersed in a glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 50/50) Treated: c: soaked with glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 10/90), d: soaked fibroin nanofibers obtained by electrospinning with 100% glycerin, e: immediately after electrospinning The result of having measured the FTIR spectrum about each sample of fibroin nanofiber of is shown.

図6から、エレクトロスピニングして製造したフィブロインナノファイバー(e)を組成比が異なるグリセリン/エタノール混合溶液を用いて処理した試料(a,b,c)のスペクトルには、対照区のフィブロインナノファイバー(e)のFTIRスペクトルには観察されない吸収ピークが1030cm-1に現れる。フィブロインナノファイバー(e)をグリセリン溶液に5分浸漬した試料(d)のFTIRスペクトルには1030cm-1にピークが極めて明瞭に現れているため、1030cm-1のピークはグリセリンに帰属するものと結論できる。そのため、グリセリン/エタノール混合溶液を用いて処理した試料(a,b,c)にはいずれもグリセリンが含まれることを示唆し、試料にグルセリンが含まれるか否かはFTIRスペクトル測定で1030cm-1におけるピークの有無で評価できる。 From FIG. 6, the spectrum of the sample (a, b, c) obtained by treating the fibroin nanofiber (e) produced by electrospinning with a mixed solution of glycerin / ethanol having different composition ratios shows fibroin nanofibers in the control group. An absorption peak that is not observed in the FTIR spectrum of (e) appears at 1030 cm −1 . Since the peak to 1030 cm -1 in the FTIR spectra of fibroin nanofibers (e) was immersed for 5 minutes in glycerol solution sample (d) has appeared quite clear, the peak of 1030 cm -1 conclusion shall belong to glycerin it can. Therefore, it is suggested that all the samples (a, b, c) treated with the glycerin / ethanol mixed solution contain glycerin, and whether the sample contains glycerin is 1030 cm −1 by FTIR spectrum measurement. It can be evaluated by the presence or absence of a peak.

(実験例17)グリセリン/エタノール処理によるFTIRスペクトル
22.4wt%の家蚕シルク水溶液をエレクトロスピニングして製造したフィブロインナノファイバー(a)を、濃度が異なるグリセリン/エタノール混合溶液(組成比:90/10、50/50、10/90)に浸漬して水不溶化処理を行い、さらにエタノールに5分間浸漬した試料について、FTIRスペクトルを測定した。図7にFTIRスペクトルを示す。図7において、a:エレクトロスピニング直後のフィブロインナノファイバー,b:エレクトロスピニングにより得られたフィブロインナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液(組成比90/10)で浸漬処理し、さらにエタノールに5分浸漬処理したもの、c:グリセリン/エタノール混合溶液(組成比50/50)で浸漬処理し、さらにエタノールに5分浸漬処理したもの、d:グリセリン/エタノール混合溶液(組成比10/90)で浸漬処理し、さらにエタノールに5分浸漬処理したもの、e:エレクトロスピニングにより得られたフィブロインナノファイバーを100/0グリセリンで5分浸漬処理したものである。
(Experimental example 17) FTIR spectrum by glycerol / ethanol treatment
Fibroin nanofibers (a) produced by electrospinning 22.4wt% of rabbit silk solution are immersed in glycerin / ethanol mixed solutions (composition ratio: 90/10, 50/50, 10/90) with different concentrations. The FTIR spectrum was measured for a sample that had been subjected to water insolubilization and further immersed in ethanol for 5 minutes. FIG. 7 shows the FTIR spectrum. In FIG. 7, a: fibroin nanofiber immediately after electrospinning, b: fibroin nanofiber obtained by electrospinning is immersed in a glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 90/10), and further immersed in ethanol for 5 minutes. C: Immersion treatment with glycerin / ethanol mixed solution (composition ratio 50/50), further immersion treatment with ethanol for 5 minutes, d: Immersion treatment with glycerin / ethanol mixture solution (composition ratio 10/90) Further, the sample was immersed in ethanol for 5 minutes, and e: a fibroin nanofiber obtained by electrospinning was immersed in 100/0 glycerin for 5 minutes.

図7によると、グリセリンのFTIRスペクトル(e)には1030cm-1のピークが極めて明瞭に現れる。エレクトロスピニング直後のシルクナノファイバーをグリセリン/エタノール混合溶液を用いて水不溶化処理した試料を、続いてエタノールで浸漬処理した試料(b,c,d)のFTIRスペクトルには、試料(a)と同様にグリセリンの吸収ピークが全く見られない。グリセリン/エタノール混合溶液を用いて水不溶化処理すると試料にはグリセリンが付着あるいは含浸するが、5分間のエタノールで浸漬処理によりグルセリンが試料から完全に除去できることが実証できた。 According to FIG. 7, a peak of 1030 cm −1 appears very clearly in the FTIR spectrum (e) of glycerin. A sample of silk nanofibers immediately after electrospinning treated with water insolubilization using a mixed solution of glycerin / ethanol, followed by immersion in ethanol (b, c, d) is the same as sample (a). No glycerin absorption peak is observed. When water insolubilization treatment was performed using a glycerin / ethanol mixed solution, the sample adhered or impregnated with glycerin, but it was proved that glycerin could be completely removed from the sample by immersion treatment with ethanol for 5 minutes.

Claims (8)

水不溶性とともに柔軟性及び透明性を有するシルクタンパク質   Silk protein with water insolubility and flexibility and transparency 家蚕あるいは野蚕に由来することを特徴とする請求1記載のシルクタンパク質   2. The silk protein according to claim 1, wherein the silk protein is derived from a rabbit or a wild boar. 膜状あるいはナノファイバー状の形態であることを特徴とする請求1または2記載のシルクタンパク質   The silk protein according to claim 1 or 2, wherein the silk protein is in the form of a membrane or a nanofiber. シルクタンパク質水溶液あるいはシルクタンパク質を含む有機溶媒を乾燥固化させてなるシルクタンパク質膜、または、シルクタンパク質水溶液あるいはシルクタンパク質を含む有機溶媒をエレクトロスピニングしてなるシルクタンパク質ナノファイバーを、
グリセリン/アルコール混合溶液で浸漬処理した後、グリセリン/アルコール混合溶液から取り出して標準状態で乾燥させてなることを特徴とする請求項1記載のシルクタンパク質。
Silk protein membrane formed by drying and solidifying an organic solvent containing silk protein aqueous solution or silk protein, or silk protein nanofiber obtained by electrospinning an organic solvent containing silk protein aqueous solution or silk protein,
2. The silk protein according to claim 1, wherein the silk protein is soaked with a glycerin / alcohol mixed solution, then taken out from the glycerin / alcohol mixed solution and dried in a standard state.
グリセリン/アルコール混合溶液から、シルクタンパク質膜またはシルクタンパク質ナノファイバーを取り出して標準状態で乾燥させた後、アルコール溶液に浸漬し、素材に含有されたグリセリンを除去してなることを特徴とする請求項4記載のシルクタンパク質。   The silk protein film or silk protein nanofiber is taken out from the glycerin / alcohol mixed solution, dried in a standard state, and then immersed in an alcohol solution to remove glycerin contained in the material. 4. The silk protein according to 4. 前記シルクタンパク質ナノファイバーを、組成比50/50〜90/10のグリセリン/アルコール混合溶液で2〜10分間浸漬処理した後、グリセリン/アルコール混合溶液から取り出して標準状態で乾燥させてなることを特徴とする請求項4または5記載のシルクタンパク質。   The silk protein nanofiber is immersed in a glycerin / alcohol mixed solution having a composition ratio of 50/50 to 90/10 for 2 to 10 minutes, and then taken out from the glycerin / alcohol mixed solution and dried in a standard state. The silk protein according to claim 4 or 5. 前記シルクタンパク質膜を、組成比75/25〜100/0のグリセリン/アルコール混合溶液で2〜10分間浸漬処理した後、グリセリン/アルコール混合溶液から取り出して標準状態で乾燥させてなることを特徴とする請求項4または5記載のシルクタンパク質。   The silk protein film is soaked in a glycerin / alcohol mixed solution having a composition ratio of 75/25 to 100/0 for 2 to 10 minutes, and then taken out from the glycerin / alcohol mixed solution and dried in a standard state. The silk protein according to claim 4 or 5. シルクタンパク質水溶液あるいはシルクタンパク質を含む有機溶媒を乾燥固化させてなるシルクタンパク質膜、または、シルクタンパク質水溶液あるいはシルクタンパク質を含む有機溶媒をエレクトロスピニングしてなるシルクタンパク質ナノファイバーを、
ポリエチレングリコール/アルコール混合溶液、あるいはポリプロビレングリコール/アルコール混合溶液で浸漬処理した後、該混合溶液から取り出して標準状態で乾燥させてなることを特徴とする請求項1記載のシルクタンパク質。

Silk protein membrane formed by drying and solidifying an organic solvent containing silk protein aqueous solution or silk protein, or silk protein nanofiber obtained by electrospinning an organic solvent containing silk protein aqueous solution or silk protein,
2. The silk protein according to claim 1, wherein the silk protein is soaked in a polyethylene glycol / alcohol mixed solution or a polypropylene glycol / alcohol mixed solution, then taken out from the mixed solution and dried in a standard state.

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