JP2017048302A - Method for producing silk fibroin powder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シルクフィブロイン粉末の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing silk fibroin powder.
絹（シルク）は優れた繊維材料として古くから利用されている生物資源材料の一つである。手触り、光沢、保湿性、及び強度等、繊維としての優れた物理特性を有するのに加え、手術用の縫合糸に使用されていたことからもわかるように、優れた生体適合性を示すといった特徴もある。これら優れた特性に注目したシルクの利用研究も進められ、繊維形態での利用技術開発に加えて、近年では、シルクを構成する主成分であるフィブロイン及びセリシンそれぞれに注目した研究開発も進められてきており、その利用形態は、粉末、溶液、ゲル、フィルム、成型体、多孔質体等、多岐にわたる。 Silk (silk) is one of biological resource materials that have been used for a long time as an excellent fiber material. In addition to having excellent physical properties as a fiber, such as touch, gloss, moisture retention, and strength, as well as being used for surgical sutures, it has excellent biocompatibility. There is also. Research on the use of silk focusing on these excellent properties has been promoted, and in addition to the development of utilization technology in fiber form, in recent years, research and development focusing on fibroin and sericin, which are the main constituents of silk, have also been promoted. There are a wide variety of uses, such as powders, solutions, gels, films, molded bodies, and porous bodies.
シルクフィブロインを用いた繊維外の利用用途の一つであるシルクフィブロイン粉末は、分子量、結晶性に応じて、易水溶性又は難水溶性を示すことが知られている。易水溶性シルクフィブロイン粉末は、粉末としての計量容易性等の取り扱い性を確保しつつ、有効成分としてのタンパク質の働き、溶液での透明性等の特徴を生かした化粧品、及び食品添加剤等への利用がなされている。一方の難水溶性シルクフィブロイン粉末は、シルクが有する生体親和性、及び保湿性といった化学的特性に加えて、粒子としての隠蔽性、平滑性、及び強度の向上といった物理的特性を利用した化粧用材料、及び食品添加剤等に応用されている。さらに、有機、無機、及び金属等の材料のハイブリッド化素材としても各種検討がなされており、生物資源材料として広範に応用展開可能な素材の一つと考えられる。 It is known that silk fibroin powder, which is one of the uses outside the fiber using silk fibroin, exhibits easy water solubility or poor water solubility depending on the molecular weight and crystallinity. Easily water-soluble silk fibroin powder is used for cosmetics, food additives, etc. that take advantage of the features of protein as an active ingredient, transparency in solution, etc. while ensuring ease of measurement as powder. Is being used. On the other hand, poorly water-soluble silk fibroin powder is used for cosmetics using physical properties such as concealment, smoothness, and strength as particles in addition to chemical properties such as biocompatibility and moisture retention of silk. It is applied to materials and food additives. Furthermore, various studies have been made as hybrid materials of materials such as organic, inorganic, and metals, and it is considered as one of materials that can be widely applied and developed as bioresource materials.
シルクフィブロイン粉末の製造方法としてはいくつか報告がある。例えば、絹糸を化学的処理で脆化させたものを粉砕する方法である（特許文献１）。他の方法としては、シルクフィブロインを乾式機械的粉砕手段で粗粉砕後、更に微粉砕した後、メタノール等でフィブロインの結晶化を促進させる方法（特許文献２）、また、単繊維の平均強度が一定強度以上の絹繊維の水溶液を凍結乾燥させることで、雲母状の薄片が積層した層状構造の乾燥物を得た後、粉砕することで薄片状シルクフィブロイン粉末を得る方法（特許文献３）が開示されている。 There are several reports on the production method of silk fibroin powder. For example, there is a method of pulverizing a silk thread embrittled by chemical treatment (Patent Document 1). As other methods, after coarsely pulverizing silk fibroin with a dry mechanical pulverization means, and further finely pulverizing, crystallization of fibroin is promoted with methanol or the like (Patent Document 2), and the average strength of single fibers is A method of obtaining a flaky silk fibroin powder by pulverizing a dried product having a lamellar structure in which mica-like flakes are laminated by freeze-drying an aqueous solution of silk fibers having a certain strength or more (Patent Document 3) It is disclosed.
しかし、特許文献１に記載の方法では収率が悪く、また、水溶性の部分が存在してしまうため、水等に分散させた際に、それらが界面活性剤と類似の効果を示して泡立ちを生じてしまい、特に化粧用材料として用いる場合は、その外観を損ねてしまうという問題がある。特許文献２に記載の方法では、結晶化を促進させることで樹脂等へのフィブロイン粉末の分散性を向上させることが可能であるが、メタノール等を使用した後に乾燥させる必要があるとともに粒子の凝集が懸念され、再度粒径を調整する必要があり、極めて煩雑である。また、特許文献３に記載の方法では、基本的には水溶性の粉末が得られるため、上記特許文献１に記載の方法で得られた粉末と同様に外観を損ねるという問題があり、また粉末のかさ密度が小さいためハンドリングが容易ではない。さらに、粉末を難水溶性化するために、１００℃前後の飽和水蒸気処理が必要であるとの記載はあるが、該水蒸気処理に加えて、該処理の後に乾燥工程が必要なことから操作が煩雑になるとともに、温度の増減によるエネルギーロス、フィブロイン構造へのダメージの懸念がある。 However, in the method described in Patent Document 1, the yield is poor and a water-soluble part is present, so that when dispersed in water or the like, they exhibit effects similar to those of a surfactant and foam. In particular, when used as a cosmetic material, there is a problem that the appearance is impaired. In the method described in Patent Document 2, it is possible to improve the dispersibility of the fibroin powder in a resin or the like by promoting crystallization, but it is necessary to dry after using methanol or the like and the particles are aggregated. This is very complicated because it is necessary to adjust the particle size again. Further, in the method described in Patent Document 3, since a water-soluble powder is basically obtained, there is a problem that the appearance is deteriorated similarly to the powder obtained by the method described in Patent Document 1, and the powder Since the bulk density is small, handling is not easy. Furthermore, there is a description that a saturated steam treatment at around 100 ° C. is necessary to make the powder poorly water-soluble, but in addition to the steam treatment, a drying step is necessary after the treatment. In addition to being complicated, there are concerns about energy loss due to temperature increase and damage to the fibroin structure.
また、別の問題点として、シルクフィブロインについて、様々な用途開発が行われるに伴って、製造工程での余剰品、及び不良品、加工工程での残渣、及び端材等の実際の製品に供されない部分が、新たな産業廃棄物となる可能性がある。地球規模での環境負荷低減が求められる中、限られた資源として貴重な生物資源材料の有効利用をあらかじめ検討しておく必要がある。 As another problem, as silk fibroin is developed for various uses, it is used for actual products such as surplus products in manufacturing processes, defective products, residues in processing processes, and scrap materials. There is a possibility that the part that is not done becomes new industrial waste. While the reduction of environmental burden on a global scale is required, it is necessary to consider in advance the effective use of valuable biological resources as a limited resource.
そこで、本発明の課題は、上記問題点に鑑み、ハンドリングが容易であり、かつ水等に分散させた際に、泡立ちを生じることがなく、優れた外観を発現するシルクフィブロイン粉末を簡便に得ることができる方法を提供することにある。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to easily obtain a silk fibroin powder that is easy to handle and does not cause foaming when it is dispersed in water or the like and exhibits an excellent appearance. It is to provide a method that can.
本発明者らは、前記課題を達成するために鋭意研究を重ねた結果、下記の発明により当該課題を解決できることを見出した。
［１］平均細孔径が１〜５００μｍであり、かつ空孔率が８０〜９９％であるシルクフィブロイン多孔質体を粉砕することを特徴とするシルクフィブロイン粉末の製造方法。
［２］シルクフィブロイン多孔質体が、シルクフィブロイン水溶液を凍結し、融解して得られたものである上記［１］に記載のシルクフィブロイン粉末の製造方法。
［３］シルクフィブロイン水溶液が、水溶性有機溶媒及び脂肪族カルボン酸から選ばれる少なくとも一種の多孔質化促進剤を含む上記［２］に記載のシルクフィブロイン粉末の製造方法。
［４］シルクフィブロイン多孔質体が、シルクフィブロイン水溶液を凍結し、融解し、さらに乾燥して得られたものであり、該乾燥が凍結乾燥によるものである上記［２］又は［３］に記載のシルクフィブロイン粉末の製造方法。
［５］シルクフィブロイン多孔質体が、添加剤を添加したものである上記［１］〜［４］のいずれかに記載のシルクフィブロイン粉末の製造方法。
［６］添加剤が、可塑剤、アミノ酸、ビタミン、ヒアルロン酸、及びコラーゲンから選ばれる少なくとも一種である上記［５］に記載のシルクフィブロイン粉末の製造方法。
［７］添加剤の添加が、該添加剤をシルクフィブロイン水溶液に添加する、及び／又は該添加剤をシルクフィブロイン多孔質体に浸漬する、ことにより行われる上記［５］又は［６］に記載のシルクフィブロイン粉末の製造方法。
［８］上記［１］〜［７］のいずれかに記載の製造方法により得られるシルクフィブロイン粉末。
As a result of intensive studies to achieve the above problems, the present inventors have found that the problems can be solved by the following invention.
[1] A method for producing a silk fibroin powder, comprising pulverizing a silk fibroin porous material having an average pore diameter of 1 to 500 μm and a porosity of 80 to 99%.
[2] The method for producing a silk fibroin powder according to the above [1], wherein the silk fibroin porous material is obtained by freezing and thawing a silk fibroin aqueous solution.
[3] The method for producing silk fibroin powder according to the above [2], wherein the silk fibroin aqueous solution contains at least one porosification accelerator selected from a water-soluble organic solvent and an aliphatic carboxylic acid.
[4] The silk fibroin porous material is obtained by freezing, thawing and further drying a silk fibroin aqueous solution, and the drying is performed by freeze-drying. [2] or [3] Method for producing silk fibroin powder.
[5] The method for producing a silk fibroin powder according to any one of the above [1] to [4], wherein the silk fibroin porous material is obtained by adding an additive.
[6] The method for producing silk fibroin powder according to the above [5], wherein the additive is at least one selected from a plasticizer, an amino acid, a vitamin, hyaluronic acid, and collagen.
[7] The above [5] or [6], wherein the additive is added by adding the additive to the silk fibroin aqueous solution and / or immersing the additive in the silk fibroin porous material. Method for producing silk fibroin powder.
[8] Silk fibroin powder obtained by the production method according to any one of [1] to [7].
本発明の製造方法により、ハンドリングが容易であり、かつ水等に分散させた際に、泡立ちを生じることがなく、優れた外観を発現するシルクフィブロイン粉末を簡便に得ることができる。 By the production method of the present invention, silk fibroin powder that is easy to handle and that does not cause foaming when dispersed in water or the like and exhibits an excellent appearance can be easily obtained.
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。さらに本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。 In the present specification, a numerical range indicated using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. Further, when referring to the amount of each component in the composition in the present specification, when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, the plurality of the components present in the composition unless otherwise specified. It means the total amount of substance.
［シルクフィブロイン粉末の製造方法］
本発明のシルクフィブロイン粉末の製造方法は、平均細孔径が１〜５００μｍであり、かつ空孔率が８０〜９９％であるシルクフィブロイン多孔質体を粉砕することを特徴とするものである。
[Manufacturing method of silk fibroin powder]
The method for producing silk fibroin powder of the present invention is characterized in that a silk fibroin porous material having an average pore diameter of 1 to 500 μm and a porosity of 80 to 99% is pulverized.
（シルクフィブロイン多孔質体）
本発明の製造方法で用いられるシルクフィブロイン多孔質体は、平均細孔径が１〜５００μｍであり、かつ空孔率が８０〜９９％である。
多孔質体の平均細孔径が１〜５００μｍの範囲であると、粉末を水等に分散させた際に、泡立ちを生じることがなく、かさ密度が大きくなるため良好なハンドリング性が得られる。また、これと同様の観点、更には、肌触り、各種用途への適用性を考慮すると、平均細孔径は、５〜３００μｍが好ましく、１０〜１００μｍがより好ましい。ここで、多孔質体の平均細孔径は、多孔質体断面の走査型電子顕微鏡写真を５枚撮影し、さらに異なる日に作製した多孔質体断面の走査型電子顕微鏡写真を５枚撮影し、それら１０枚の走査型電子顕微鏡写真を、画像解析ソフトを用いて画像処理し、算出した細孔径の平均値である。
(Silk fibroin porous material)
The silk fibroin porous material used in the production method of the present invention has an average pore diameter of 1 to 500 μm and a porosity of 80 to 99%.
When the average pore diameter of the porous body is in the range of 1 to 500 μm, when the powder is dispersed in water or the like, no foaming occurs and the bulk density increases, so that good handling properties can be obtained. Moreover, when considering the same viewpoint, and the touch and applicability to various uses, the average pore diameter is preferably 5 to 300 μm, more preferably 10 to 100 μm. Here, the average pore diameter of the porous body was taken five scanning electron micrographs of the cross section of the porous body, and further five scanning electron micrographs of the cross section of the porous body prepared on different days, These 10 scanning electron micrographs are average values of pore diameters calculated by image processing using image analysis software.
また、多孔質体の空孔率が８０〜９９％であると、粉末を水等に分散させた際に、泡立ちを生じることがなく、かさ密度が大きくなるため良好なハンドリング性が得られる。また、これと同様の観点、更には、多孔質体が適度な硬さを有するため良好な肌触りが得られる観点から、９０〜９９％であることが好ましく、９４〜９８％であることがより好ましい。ここで空孔率は、得られた多孔質体を純水中に１日静置し完全に吸水させ、秤量した後（湿重量）、凍結乾燥して多孔質体中の水分を完全に除去し、再度秤量した（乾燥重量）。水の密度を１ｇ／ｃｍ３、シルクフィブロインの密度を１．２ｇ／ｃｍ３、含水状態のシルクフィブロイン多孔質体の密度を１ｇ／ｃｍ３と仮定し、次式に従ってシルクフィブロイン多孔質体の空孔率の測定を行って得られた値である。
空孔率＝（湿重量−乾燥重量／１．２）／湿重量×１００
Moreover, when the porosity of the porous body is 80 to 99%, when the powder is dispersed in water or the like, no foaming occurs and the bulk density increases, so that good handling properties can be obtained. Further, from the same viewpoint, and from the viewpoint of obtaining a good touch because the porous body has an appropriate hardness, it is preferably 90 to 99%, more preferably 94 to 98%. preferable. Here, the porosity is determined by allowing the obtained porous body to stand in pure water for 1 day to completely absorb water, weighing (wet weight), and freeze-drying to completely remove the water in the porous body. And weighed again (dry weight). Assuming that the density of water is 1 g / cm 3 , the density of silk fibroin is 1.2 g / cm 3 , and the density of the silk fibroin porous material containing water is 1 g / cm 3 , This is a value obtained by measuring the porosity.
Porosity = (wet weight−dry weight / 1.2) / wet weight × 100
（シルクフィブロイン多孔質体の製造）
本発明で用いられるシルクフィブロイン多孔質体は、シルクフィブロインにより構成される多孔質体であり、かつ上記の平均細孔径、及び空孔率を有するものであれば特に制限はなく、例えば、好ましくは、シルクフィブロイン水溶液を凍結し、融解して、より好ましくは、さらに乾燥させて得ることができる。
(Manufacture of silk fibroin porous material)
The silk fibroin porous material used in the present invention is not particularly limited as long as it is a porous material composed of silk fibroin and has the above average pore diameter and porosity. For example, preferably The silk fibroin aqueous solution can be frozen, thawed, and more preferably further dried.
シルクフィブロインとしては、家蚕、野蚕、天蚕等の天然蚕、及びトランスジェニック蚕などから生産されるものであればいずれでもよく、その製造方法も問わない。特に製造工程の簡便性を考え、家蚕の繭から得られるものが好ましい。 The silk fibroin may be any silk fibroin as long as it is produced from natural silkworms such as rabbits, wild silkworms, and tengu, and transgenic silkworms. In view of the simplicity of the manufacturing process, those obtained from rabbit cocoons are preferred.
シルクフィブロインを水に溶解させる方法については特に制限はなく、例えば、シルクフィブロインは水への溶解性が低いため、高濃度の臭化リチウム水溶液にシルクフィブロインを溶解後、透析による脱塩を行って得る方法が好適に挙げられる。また、水溶液中のシルクフィブロインの濃度調整の方法としては、風乾による濃縮を経る手法が簡便で好ましい。 There is no particular limitation on the method for dissolving silk fibroin in water. For example, silk fibroin has low solubility in water, so after dissolving silk fibroin in a high concentration lithium bromide aqueous solution, desalting by dialysis is performed. The method to obtain is mentioned suitably. Further, as a method for adjusting the concentration of silk fibroin in an aqueous solution, a method through concentration by air drying is simple and preferable.
シルクフィブロインの含有量は、シルクフィブロイン水溶液中で０．５〜４０ｗｔ／ｖｏｌ％であることが好ましく、１〜２０ｗｔ／ｖｏｌ％であることがより好ましく、１〜１０ｗｔ／ｖｏｌ％であることが更に好ましい。フィブロインの含有量が上記の範囲内であると、質感に優れた多孔質体が得られる。上記の範囲よりも高すぎる場合は多孔質体の質感に劣り、低すぎる場合は多孔質体が形成されない。 The content of silk fibroin is preferably 0.5 to 40 wt / vol%, more preferably 1 to 20 wt / vol%, and further preferably 1 to 10 wt / vol% in the silk fibroin aqueous solution. preferable. When the fibroin content is within the above range, a porous body having excellent texture can be obtained. If it is higher than the above range, the texture of the porous body is inferior, and if it is too low, the porous body is not formed.
また、本発明においては、シルクフィブロイン水溶液から多孔質体を得るにあたり、該水溶液中に多孔質化促進剤を用いることが好ましい。多孔質化促進剤を用いることで、粉末を水等に分散させた際に、泡立ちを生じることがなく、かさ密度が大きくなるため良好なハンドリング性が得られる。
多孔質化促進剤としては、水溶性有機溶媒及び脂肪族カルボン酸から選ばれる少なくとも一種が好ましく挙げられる。水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール類、グリセリン、プロピレングリコール等の多価アルコール類、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ピリジン、アセトン、アセトニトリルなどが好ましく挙げられ、これらを単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。人体への安全性を考慮すると、エタノール、グリセリンがより好ましい。
In the present invention, in order to obtain a porous material from an aqueous silk fibroin solution, it is preferable to use a porosification accelerator in the aqueous solution. By using a porosification accelerator, when the powder is dispersed in water or the like, foaming does not occur and the bulk density increases, so that good handling properties can be obtained.
As the porosification accelerator, at least one selected from a water-soluble organic solvent and an aliphatic carboxylic acid is preferable. As the water-soluble organic solvent, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and butanol, polyhydric alcohols such as glycerin and propylene glycol, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), pyridine, acetone, acetonitrile and the like are preferable. These can be used alone or in combination of two or more. In consideration of safety to the human body, ethanol and glycerin are more preferable.
脂肪族カルボン酸としては、好ましくは炭素数１〜６、より好ましくは炭素数３〜５の飽和または不飽和のモノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸が好ましく挙げられる。このようなカルボン酸としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、アクリル酸、２−ブテン酸等のモノカルボン酸；シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸等のジカルボン酸などが好ましく挙げられ、これらを単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。人体への安全性を考慮すると、酢酸、乳酸、コハク酸がより好ましい。 Preferred examples of the aliphatic carboxylic acid include saturated or unsaturated monocarboxylic acids, dicarboxylic acids, and tricarboxylic acids having 1 to 6 carbon atoms, more preferably 3 to 5 carbon atoms. Examples of such carboxylic acids include monocarboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, lactic acid, acrylic acid, and 2-butenoic acid; dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, and maleic acid. Are preferable, and these can be used alone or in combination. In view of safety to the human body, acetic acid, lactic acid, and succinic acid are more preferable.
シルクフィブロイン水溶液中の多孔質化促進剤の含有量は、水溶液がゲル化せず、また十分な強度を持った多孔質体を製造する観点から、０．０１〜１８体積％であることが好ましく、０．１〜５体積％であることがより好ましく、０．５〜３体積％であることが更に好ましい。なお、シルクフィブロイン水溶液は、粉末を水等に分散させた際に、泡立ちを生じることがなく、かさ密度が大きくなるため良好なハンドリング性が得られる観点から、ゲル化しないことが好ましい。 The content of the porosification accelerator in the silk fibroin aqueous solution is preferably 0.01 to 18% by volume from the viewpoint of producing a porous body having sufficient strength without causing the aqueous solution to gel. 0.1 to 5% by volume is more preferable, and 0.5 to 3% by volume is still more preferable. The silk fibroin aqueous solution is preferably not gelled from the viewpoint of obtaining good handling properties because no foaming occurs and the bulk density increases when the powder is dispersed in water or the like.
シルクフィブロイン水溶液の凍結は、多孔質化促進剤等を適宜調整したシルクフィブロイン水溶液を型、又は容器に流し込み、液冷式の低温恒温槽中に入れることで行う。
凍結温度としては、シルクフィブロイン水溶液が凍結する温度であれば特に制限はないが、−５〜−４０℃程度が好ましく、−１０〜−３０℃程度がより好ましく、−１５〜−２５℃が更に好ましい。凍結時間としては、シルクフィブロイン水溶液が十分に凍結し、かつ凍結状態を一定時間保持できるよう、２時間以上であることが好ましく、４時間以上であることが更に好ましく、特に−１５〜−２５℃の温度条件下、１時間から１００時間保持して行うことが好ましい。
The silk fibroin aqueous solution is frozen by pouring a silk fibroin aqueous solution prepared by appropriately adjusting a porosification agent or the like into a mold or container and placing it in a liquid-cooled low-temperature thermostat.
The freezing temperature is not particularly limited as long as the silk fibroin aqueous solution is frozen, but is preferably about −5 to −40 ° C., more preferably about −10 to −30 ° C., and further preferably −15 to −25 ° C. preferable. The freezing time is preferably 2 hours or more, more preferably 4 hours or more, and particularly preferably −15 to −25 ° C. so that the silk fibroin aqueous solution can be sufficiently frozen and kept in a frozen state for a certain period of time. It is preferable to carry out by maintaining for 1 hour to 100 hours under the above temperature conditions.
ここで、シルクフィブロイン水溶液を一気に凍結温度まで下げて凍結してもよいが、凍結の前に過冷却状態を経ることが、均一な構造のシルクフィブロイン多孔質体を得る上で好ましい。たとえば、シルクフィブロイン水溶液を一旦、−５℃程度で２時間程度保持して、その後、凍結温度まで下げて凍結することで、均一な構造のシルクフィブロイン多孔質体を得ることができる。 Here, the silk fibroin aqueous solution may be frozen at a freezing temperature at a stretch, but it is preferable to pass a supercooled state before freezing in order to obtain a silk fibroin porous body having a uniform structure. For example, a silk fibroin porous body having a uniform structure can be obtained by temporarily holding a silk fibroin aqueous solution at about −5 ° C. for about 2 hours and then freezing it to a freezing temperature.
上記の方法でシルクフィブロイン水溶液を凍結させた後、次いで融解することで、細孔を有するシルクフィブロイン成形体が得られる。融解の方法としては、特に制限はなく、自然融解、恒温槽での保管等の方法が好ましく挙げられる。 After the silk fibroin aqueous solution is frozen by the above method, it is then melted to obtain a silk fibroin molded article having pores. There is no restriction | limiting in particular as a melting method, Methods, such as natural melting and storage in a thermostat, are mentioned preferably.
融解した状態のシルクフィブロイン多孔質体には、多孔質化促進剤が残存する。残存する多孔質化促進剤は用途に応じてそのままの状態としてもよいし、除去してもよい。粉末を水等に分散させた際に、泡立ちを生じることがなく、優れた外観を得る観点から、多孔質化促進剤として水溶性有機溶媒を用いる場合は、該水溶性有機溶媒を除去することが好ましい。
多孔質化促進剤をシルクフィブロイン多孔質体から除去する方法としては、例えば、シルクフィブロイン多孔質体を、純水中に浸漬して除去することが最も簡便な方法として挙げられる。また、純水中に浸漬することで、多孔質化促進剤の他に、微量残存する水溶性のシルクフィブロイン成分も除去することが可能である。
In the melted silk fibroin porous body, the porosification promoter remains. The remaining porous accelerator may be left as it is or may be removed depending on the use. From the viewpoint of obtaining an excellent appearance without causing foaming when the powder is dispersed in water or the like, the water-soluble organic solvent should be removed when a water-soluble organic solvent is used as a porous accelerator. Is preferred.
As a method for removing the porosification promoter from the silk fibroin porous material, for example, the simplest method is to remove the silk fibroin porous material by immersing it in pure water. Further, by immersing in pure water, it is possible to remove a trace amount of water-soluble silk fibroin component in addition to the porosification agent.
このようにして得られたシルクフィブロイン多孔質体は水を含んだ状態である。本発明において、粉砕の容易性の観点からは、シルクフィブロイン多孔質体は乾燥した状態が好ましい。シルクフィブロイン多孔質体の乾燥の方法としては特に制限は無く、収縮をより抑える観点から、凍結乾燥が好ましい。凍結乾燥の場合、水分を完全に昇華させずに乾燥を終えると、残った氷が融解して水になり、その表面張力の影響で空孔が潰れてしまうため、水分が完全に昇華するまで乾燥することが好ましい。 The silk fibroin porous material thus obtained is in a state containing water. In the present invention, the silk fibroin porous material is preferably in a dry state from the viewpoint of ease of pulverization. There is no restriction | limiting in particular as a drying method of a silk fibroin porous body, From the viewpoint of suppressing shrinkage more, freeze-drying is preferable. In the case of freeze-drying, if the drying is finished without completely sublimating the water, the remaining ice melts into water, and the pores are crushed due to the surface tension, so the water is completely sublimated. It is preferable to dry.
シルクフィブロイン多孔質体は各種機能付与を目的とした添加剤を含有させることができる、すなわちシルクフィブロイン粉末は添加剤を有することができる。多孔質体の状態で各種機能を付与するための添加剤を添加することは、粉末とした後に添加するよりも極めて容易である。
添加剤は有毒なものでなければ特に制限は無いが、乾燥時のひび割れを防止し、乾燥後にも柔軟な複合体を得る観点からはグリセリン等の可塑剤、角質成分保湿効果の観点からはアスパラギン酸、グルタミン酸等のアミノ酸、抗酸化作用、美白作用、及び肌再生作用等の観点からビタミンＣ等のビタミン、ヒアルロン酸、及びコラーゲンなどが挙げられ、これらを単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。
The silk fibroin porous material can contain additives for the purpose of imparting various functions, that is, the silk fibroin powder can have additives. It is much easier to add an additive for imparting various functions in the state of the porous body than to add after making powder.
The additive is not particularly limited as long as it is not toxic. However, from the viewpoint of preventing cracking during drying and obtaining a flexible composite even after drying, asparagine from the viewpoint of a moisturizing effect of a plasticizer such as glycerin and the like. Examples include amino acids such as acids and glutamic acids, vitamins such as vitamin C, hyaluronic acid, and collagen from the viewpoints of antioxidant action, whitening action, skin regeneration action, etc., and these are used alone or in combination of two or more. be able to.
これら添加剤の添加は、例えば、該添加剤をシルクフィブロイン水溶液に添加する、及び／又は該添加剤にシルクフィブロイン多孔質体を浸漬する、ことにより行うことができる。
多孔質体を浸漬する場合、添加剤はそのまま、又は水溶液にして用いることができる。また、添加剤が水溶性の場合、凍結乾燥の際に、予めシルクフィブロイン多孔質体を添加剤水溶液に浸漬する、又はシルクフィブロイン水溶液を調整する際に添加することで、添加することができる。この場合、シルクフィブロイン多孔質体を浸漬する添加剤水溶液における添加剤の濃度は、シルクフィブロイン多孔質体を形成する際に使用したシルクフィブロイン水溶液中のシルクフィブロインの濃度（ｗｔ／ｖｏｌ％）を１とした場合、０．２〜２．５（体積％）であることが好ましく、０．２５〜２（体積％）であることがより好ましく、０．２５〜１．２（体積％）あることが更に好ましい。上記の範囲に添加剤濃度を設定することで添加剤に応じた所期の機能を有するシルクフィブロイン多孔質体を得られる。
These additives can be added, for example, by adding the additive to the silk fibroin aqueous solution and / or immersing the silk fibroin porous material in the additive.
When the porous body is immersed, the additive can be used as it is or in an aqueous solution. Further, when the additive is water-soluble, it can be added by immersing the silk fibroin porous material in the additive aqueous solution in advance or adjusting the silk fibroin aqueous solution during freeze-drying. In this case, the concentration of the additive in the additive aqueous solution in which the silk fibroin porous body is immersed is 1 (wt / vol%) of the silk fibroin in the silk fibroin aqueous solution used when forming the silk fibroin porous body. Is preferably 0.2 to 2.5 (volume%), more preferably 0.25 to 2 (volume%), and 0.25 to 1.2 (volume%). Is more preferable. By setting the additive concentration within the above range, a silk fibroin porous material having a desired function according to the additive can be obtained.
上記のようにして乾燥したシルクフィブロイン多孔質体（乾燥シルクフィブロイン多孔質体と称する場合がある。）は、水分が実質的に含まれないものである。シルクフィブロイン多孔質体は、シルクフィブロイン水溶液を凍結し、融解して得られるので、通常、細孔部に水分等が存在した状態となっている。通常のシルクフィブロイン多孔質体と乾燥シルクフィブロイン多孔質体とは、細孔部に水等が存在する量の点で状態は異なるものとなる。 The silk fibroin porous material dried as described above (sometimes referred to as a dried silk fibroin porous material) is substantially free of moisture. Since the silk fibroin porous material is obtained by freezing and thawing a silk fibroin aqueous solution, it is usually in a state where moisture or the like is present in the pores. A normal silk fibroin porous body and a dried silk fibroin porous body are different in terms of the amount of water or the like present in the pores.
シルクフィブロイン多孔質体は、多孔質化促進剤、添加剤等を適宜調整したシルクフィブロイン水溶液を流し込む容器を適宜選択することにより、シート状、ブロック状、管状等の形状とすることができ、得られた多孔質体をそのまま粉砕してもよいし、さらに適切な寸法に加工した後に粉砕してもよい。
また、原料として用いるシルクフィブロイン、多孔質化促進剤の種類、及び添加量等を調節することで、シルクフィブロイン多孔質体の内部構造と固さを調整することができ、種々の固さを有するブロック状、シート状のシルクフィブロイン多孔質体を得ることができる。本発明においては、上記の平均細孔径、及び空孔率を有するものが得られれば、特に制限はない。
The silk fibroin porous material can be formed into a sheet shape, a block shape, a tubular shape, and the like by appropriately selecting a container into which a silk fibroin aqueous solution prepared by appropriately adjusting a porosification accelerator, an additive, and the like is poured. The obtained porous body may be pulverized as it is, or may be pulverized after further processing to an appropriate size.
In addition, the internal structure and hardness of the silk fibroin porous body can be adjusted by adjusting the type of silk fibroin used as a raw material, the type of porosification accelerator, the amount added, etc., and has various hardness Block-like and sheet-like silk fibroin porous bodies can be obtained. In the present invention, there is no particular limitation as long as one having the above average pore diameter and porosity can be obtained.
また、本発明においては、シルクフィブロイン多孔質体として、リユース及びリサイクルの観点から、例えば、化粧用スポンジ、スキンケア用シート等を初期の用途に使用後、それらを直接または、洗浄、乾燥したものを使用してもよい。更に、シルクフィブロイン多孔質体の製造工程での余剰品、及び不良品、加工工程での残渣、及び端材等の実際の製品に供されない部分を使用してもよい。 Further, in the present invention, as a silk fibroin porous material, from the viewpoint of reuse and recycling, for example, a cosmetic sponge, a skin care sheet, etc., used for initial use, and then directly or washed and dried. May be used. Furthermore, you may use the surplus goods in the manufacturing process of a silk fibroin porous body, and a defective part, the residue in a processing process, and the parts which are not provided to actual products, such as an end material.
（シルクフィブロイン多孔質体の粉砕）
シルクフィブロイン多孔質体の粉砕は、シルクフィブロイン多孔質体を粉砕できる方法であれば特に制限は無い。例えば、装置内に粉砕翼を備えた各種ブレンダー、リングローラーミル、ローラーレースミル、ボールレースミル等のローラーミル、アトマイザー、ケージミル、スクリーンミル等の高速回転ミル、転動ボールミル、振動ボールミル、遊星ミル等のボールミル、塔式粉砕機、撹拌槽式ミル、流通槽式ミル等の媒体撹拌式ミル、ジェットマイザー、カウンタージェットミル等の気流式粉砕機、圧密せん断ミル、コロイドミルなどが挙げられ、これらを１種又は２種以上使用してもよい。粉砕の容易性の観点からは、乾式での粉砕処理が好ましく、粉砕メディアの混入等を避ける観点からは気流式粉砕機が好ましい。
(Crushing of silk fibroin porous material)
The pulverization of the silk fibroin porous material is not particularly limited as long as the method can pulverize the silk fibroin porous material. For example, various blenders equipped with crushing blades in the device, roller mills such as ring roller mill, roller race mill, ball race mill, etc., high speed rotating mills such as atomizer, cage mill, screen mill, rolling ball mill, vibrating ball mill, planetary mill Such as ball mills such as ball mills, tower-type pulverizers, stirring tank-type mills, flow tank-type mills, etc., air-flow type pulverizers such as jet-mizers, counter-jet mills, compaction shear mills, colloid mills, etc. You may use 1 type (s) or 2 or more types. From the viewpoint of easy pulverization, dry pulverization is preferable, and from the viewpoint of avoiding mixing of pulverization media, an airflow pulverizer is preferable.
粉砕にあたっては、粒径を調整する目的で、粉砕装置を使用する前及び／又は使用した後に分級機を用いてもよく、分級機はこれら装置に内蔵していてもよい。粒径を調整することで、より大きいかさ密度が得られる。 In the pulverization, for the purpose of adjusting the particle size, a classifier may be used before and / or after using the pulverizer, and the classifier may be incorporated in these devices. By adjusting the particle size, a larger bulk density can be obtained.
（シルクフィブロイン粉末）
本発明の製造方法により得られるシルクフィブロイン粉末は、シルクフィブロイン粉末を水等の溶媒に分散させた際には泡立ちが少なく、優れた外観が得られるという特徴があり、この特徴は、本発明の粉末を化粧用材料として用いる場合に極めて有効である。
この泡立ちの多少は、粉末の水溶性の有無に影響しており、上記のように、シルクフィブロイン粉末は、分子量、及び結晶性に応じて、易水溶性又は難水溶性を示すことが知られている。本発明では、難水溶性は、後述する水への分散時の外観の評価により、泡立ちが確認されないことを意味する。すなわち、本発明のシルクフィブロイン粉末は、難水溶性を有しており、それにより、特に化粧用材料として用いる場合に有効な優れた外観を発現している。
(Silk fibroin powder)
The silk fibroin powder obtained by the production method of the present invention is characterized in that when the silk fibroin powder is dispersed in a solvent such as water, there is less foaming and an excellent appearance can be obtained. This is extremely effective when the powder is used as a cosmetic material.
The amount of foaming affects the presence or absence of water-solubility of the powder, and as described above, silk fibroin powder is known to exhibit water-solubility or poor water-solubility depending on the molecular weight and crystallinity. ing. In the present invention, poorly water-soluble means that no foaming is confirmed by evaluation of the appearance at the time of dispersion in water described later. That is, the silk fibroin powder of the present invention has poor water solubility, and thereby exhibits an excellent appearance effective particularly when used as a cosmetic material.
粒子形状は、粉砕の度合いに応じて異なり、適度な粉砕では、シルクフィブロイン多孔質体が有する多孔質構造、すなわち該多孔質体が有する細孔形状を反映した板状又は湾曲した板状の粉末形状となる。また、更に粉砕を進めることで、粒子の縦、横及び厚み方向の比率を小さくすることができる。本発明のシルクフィブロイン粉末は、このような形状を有することから、大きいかさ密度を有することができ、良好なハンドリング性も得られる。
シルクフィブロイン多孔質体の空孔サイズ及び空孔密度を変更することで、湾曲板状粒子の曲率及び粒子厚みを適宜制御することができる。これらシルクフィブロイン粉末はその特性に応じてさまざまな用途において、優れた性能を示すものである。
The particle shape varies depending on the degree of pulverization, and with appropriate pulverization, the porous structure of the silk fibroin porous material, that is, a plate-like or curved plate-like powder reflecting the pore shape of the porous material. It becomes a shape. Further, by further pulverizing, the ratio of the particles in the vertical, horizontal and thickness directions can be reduced. Since the silk fibroin powder of the present invention has such a shape, the silk fibroin powder can have a large bulk density and good handling properties can be obtained.
By changing the pore size and pore density of the silk fibroin porous body, the curvature and particle thickness of the curved plate-like particles can be appropriately controlled. These silk fibroin powders exhibit excellent performance in various applications depending on their properties.
本発明のシルクフィブロイン粉末の形状、及び大きさは、上記のように粉砕の度合いにより調整することができるが、本発明の効果を得る観点から、一辺が好ましくは１ｎｍ〜５００μｍ、より好ましくは１〜２００μｍ、更に好ましくは３〜１００μｍ、特に好ましくは３〜７０μｍの略四角形、並びに該四角形に内接する略円形状、略楕円形状、及び略三角形等が好ましく挙げられる。
また、本発明のシルクフィブロイン粉末の厚さは、０．３〜３μｍが好ましく、０．５〜２．５μｍがより好ましく、１〜２．５μｍが更に好ましい。
The shape and size of the silk fibroin powder of the present invention can be adjusted according to the degree of pulverization as described above, but from the viewpoint of obtaining the effects of the present invention, one side is preferably 1 nm to 500 μm, more preferably 1 Preferred examples include a substantially square shape of ˜200 μm, more preferably 3 to 100 μm, particularly preferably 3 to 70 μm, and a substantially circular shape, a substantially elliptical shape, and a substantially triangular shape inscribed in the square.
The thickness of the silk fibroin powder of the present invention is preferably 0.3 to 3 μm, more preferably 0.5 to 2.5 μm, and still more preferably 1 to 2.5 μm.
本発明のシルクフィブロイン粉末のかさ密度は、０．０１〜０．７ｇ／ｃｍ３が好ましく、０．０５〜０．５ｇ／ｃｍ３がより好ましく、０．０８〜０．３５ｇ／ｃｍ３が更に好ましく、０．０９〜０．３ｇ／ｃｍ３が特に好ましい。本発明のシルクフィブロイン粉末のかさ密度は上記のように大きいため、良好なハンドリング性が得られる。ここで、かさ密度は、ＪＩＳ−Ｒ−１６２８に準拠して、定容積測定法により、タップ速度１００回／分で、測定するタップかさ密度である。
一般的に、粒子のかさ密度は粒子径が小さくなるほど低減する傾向にあるが、本発明の粒子は、その特徴的な形状に起因し、粒子径が小さくなるほど、粒子のかさ密度は増加する傾向にある。
The bulk density of the silk fibroin powder of the present invention is preferably 0.01~0.7g / cm 3, more preferably 0.05 to 0.5 g / cm 3, further is 0.08~0.35g / cm 3 0.09 to 0.3 g / cm 3 is particularly preferable. Since the bulk density of the silk fibroin powder of the present invention is large as described above, good handling properties can be obtained. Here, the bulk density is a tap bulk density measured at a tap speed of 100 times / minute by a constant volume measurement method in accordance with JIS-R-1628.
In general, the bulk density of particles tends to decrease as the particle diameter decreases, but the particles of the present invention tend to increase due to the characteristic shape of the particles, as the particle diameter decreases. It is in.
以下に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
製造例１：シルクフィブロイン多孔質体（１）の製造
（シルクフィブロイン水溶液の調製）
シルクフィブロイン水溶液は、高圧精練済み切繭（ながすな繭（株）社製）４０ｇを９Ｍ臭化リチウム水溶液４００ｍＬに溶解し、常温で４時間攪拌して溶解した。次いで、遠心分離（回転速度：１２，０００ｒｐｍ、５分間）して、デカンテーションで沈殿物を除去した後、透析チューブ（Ｓｐｅｃｔｒａ／Ｐｏｒ（Ｒ）１ Ｄｉａｌｙｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ、ＭＷＣＯ６，０００−８，０００、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．製）に注入し、超純水製造装置（ＰＲＯ−０５００及びＦＰＣ−０５００（型番）、オルガノ（株）製）から採水した超純水５Ｌに対して１２時間の透析を５回繰り返し、シルクフィブロイン水溶液を得た。
得られたシルクフィブロイン水溶液２ｍＬをポリスチレン製容器に分取し、秤量した後、庫内温度をあらかじめ−２０℃程度に調整しておいたノンフロン冷蔵冷凍庫（「Ｒ−Ｙ３７０（型番）」、（株）日立製作所製）の冷凍室で１２時間かけて凍結し、凍結乾燥機（「ＦＤＵ−１２００（型番）」、東京理化器械（株）製）中で７時間凍結乾燥した。得られた乾燥物を凍結乾燥機から取り出して３０秒以内に秤量し、重量減少からシルクフィブロイン水溶液中のシルクフィブロイン濃度（ｗｔ／ｖｏｌ％）を定量した。
Production Example 1: Production of Silk Fibroin Porous Material (1) (Preparation of Silk Fibroin Aqueous Solution)
The silk fibroin aqueous solution was prepared by dissolving 40 g of high-pressure smelted slag (manufactured by Nagasuna Coffee Co., Ltd.) in 400 mL of 9M lithium bromide aqueous solution and stirring at room temperature for 4 hours. Then, after centrifugation (rotation speed: 12,000 rpm, 5 minutes) and removal of the precipitate by decantation, a dialysis tube (Spectra / Por (R) 1 Dialyzation Membrane, MWCO 6,000-8,000, Spectrum) 5 hours of dialysis for 12 hours against 5 L of ultrapure water sampled from an ultrapure water production apparatus (PRO-0500 and FPC-0500 (model number), manufactured by Organo Co., Ltd.) and injected into Laboratories, Inc. Repeatedly, a silk fibroin aqueous solution was obtained.
After dispensing 2 mL of the obtained silk fibroin aqueous solution into a polystyrene container and weighing it, a non-Freon refrigerated freezer ("R-Y370 (model number)"), The product was frozen for 12 hours in a freezer compartment of Hitachi, Ltd.) and lyophilized for 7 hours in a freeze dryer (“FDU-1200 (model number)”, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.). The obtained dried product was taken out from the freeze dryer and weighed within 30 seconds, and the silk fibroin concentration (wt / vol%) in the silk fibroin aqueous solution was determined from the weight reduction.
（シルクフィブロイン多孔質体の製造）
濃度を測定したシルクフィブロイン水溶液に、酢酸及び超純水を加え、シルクフィブロイン濃度４ｗｔ／ｖｏｌ％、酢酸濃度２体積％のシルクフィブロイン水溶液を調製した。このシルクフィブロイン水溶液をアルミ製容器（内側サイズ：６０ｍｍ×８０ｍｍ×０．４ｍｍ、６０ｍｍ×８０ｍｍ×０．８ｍｍ、６０ｍｍ×８０ｍｍ×３ｍｍの三種類）に流し込んで封入し下記条件で凍結した。
（凍結条件）
−５℃の低温恒温槽（「ＮＣＢ−３３００（型番）、東京理化器械（株）社製）に入れて２時間保持し、その後、低温恒温槽の温度を５時間かけて−２０℃まで下げて、−２０℃で５時間保持した。
（解凍、洗浄、及び乾燥）
凍結した試料を室温（２５℃）で自然解凍してから、容器から取り出した。
容器から取り出したシルクフィブロイン多孔質体を１０Ｌの超純水中で１２ｈごとに水を換えて５日間静置し、酢酸を除去した。酢酸除去後のシルクフィブロイン多孔質体を−２５℃に維持した冷凍庫中で６時間かけて凍結した。得られた凍結物を凍結乾燥機（「ＦＤ−５５０Ｐ（型番）」、東京理化器械（株）製）に入れて３日間かけて凍結乾燥することで、シルクフィブロイン多孔質体（１）を得た。
(Manufacture of silk fibroin porous material)
Acetic acid and ultrapure water were added to the silk fibroin aqueous solution whose concentration was measured to prepare a silk fibroin aqueous solution having a silk fibroin concentration of 4 wt / vol% and an acetic acid concentration of 2 vol%. The silk fibroin aqueous solution was poured into an aluminum container (inner size: three types of 60 mm × 80 mm × 0.4 mm, 60 mm × 80 mm × 0.8 mm, 60 mm × 80 mm × 3 mm), and was frozen under the following conditions.
(Freezing condition)
Put it in a low temperature thermostatic bath at -5 ° C ("NCB-3300 (model number), manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.)" and hold it for 2 hours, then lower the temperature of the low temperature thermostatic bath to -20 ° C over 5 hours And held at −20 ° C. for 5 hours.
(Thawing, washing and drying)
The frozen sample was naturally thawed at room temperature (25 ° C.) and then removed from the container.
The silk fibroin porous material taken out from the container was left to stand in 5 liters of ultrapure water every 12 hours with the water changed for 5 days to remove acetic acid. The silk fibroin porous material after removal of acetic acid was frozen for 6 hours in a freezer maintained at -25 ° C. The obtained frozen product is placed in a freeze dryer (“FD-550P (model number)”, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.) and freeze-dried over 3 days to obtain a silk fibroin porous material (1). It was.
得られたシルクフィブロイン多孔質体（１）について平均細孔径を測定したところ、６８．３μｍであった。ここで、平均細孔径は、多孔質体の走査型電子顕微鏡写真を５枚撮影し、さらに異なる日に作製した多孔質体の走査型電子顕微鏡写真を５枚撮影し、それら１０枚の走査型電子顕微鏡写真を画像解析ソフト（「ＩｍａｇｅＪ（商品名）」、アメリカ国立衛生研究所製）を用いて画像処理し、算出した細孔径の平均値である。 When the average pore diameter of the obtained silk fibroin porous material (1) was measured, it was 68.3 μm. Here, the average pore diameter is obtained by taking five scanning electron micrographs of the porous body, and further by taking five scanning electron micrographs of the porous body prepared on different days, and scanning these ten scanning electron micrographs. This is an average value of pore diameters calculated by image processing of electron micrographs using image analysis software (“ImageJ (trade name)”, manufactured by National Institutes of Health, USA).
シルクフィブロイン多孔質体（１）の空孔率は、９６．２％であった。ここで、空孔率は、得られた多孔質体を純水中に１日静置し完全に吸水させ、秤量した後（湿重量）、凍結乾燥して多孔質体中の水分を完全に除去し、再度秤量した（乾燥重量）。水の密度を１ｇ／ｃｍ３、フィブロインの密度を１．２ｇ／ｃｍ３、含水状態のフィブロイン多孔質体の密度を１ｇ／ｃｍ３と仮定し、次式に従ってシルクフィブロイン多孔質体の空孔率の測定を行って得られた値である。
空孔率＝（湿重量−乾燥重量／１．２）／湿重量×１００
The porosity of the silk fibroin porous material (1) was 96.2%. Here, the porosity is determined by allowing the obtained porous body to stand in pure water for 1 day to completely absorb water, weighing it (wet weight), and then freeze-drying to completely remove the water in the porous body. Removed and reweighed (dry weight). Assuming that the density of water is 1 g / cm 3 , the density of fibroin is 1.2 g / cm 3 , and the density of the fibroin porous material in a water-containing state is 1 g / cm 3 , the porosity of the silk fibroin porous material is calculated according to the following formula: It is the value obtained by measuring.
Porosity = (wet weight−dry weight / 1.2) / wet weight × 100
製造例２：シルクフィブロイン多孔質体（２）の製造
製造例１における酢酸除去後のシルクフィブロイン多孔質体を３体積％のグリセリン水溶液１０Ｌに３日間浸漬した後、−２５℃に維持した冷凍庫中で６時間かけて凍結した。得られた凍結物を凍結乾燥機（「ＦＤ−５５０Ｐ（型番）」、東京理化器械（株）製）に入れて３日間かけて凍結乾燥することで、グリセリンを含有したシルクフィブロイン多孔質体として、シルクフィブロイン多孔質体（２）を得た。得られたシルクフィブロイン多孔質体（２）の平均細孔径は、７６．２μｍであり、空孔率は９４．１％であった。
Production Example 2: Production of Silk Fibroin Porous Material (2) The silk fibroin porous material after removal of acetic acid in Production Example 1 was immersed in 10 L of a 3% by volume glycerin aqueous solution for 3 days, and then kept in a freezer maintained at -25 ° C. And frozen for 6 hours. The obtained frozen product is put into a freeze dryer (“FD-550P (model number)”, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.) and freeze-dried over 3 days, thereby obtaining a silk fibroin porous material containing glycerin. A silk fibroin porous material (2) was obtained. The obtained silk fibroin porous material (2) had an average pore diameter of 76.2 μm and a porosity of 94.1%.
製造例３
製造例１のフィブロイン多孔質体の製造における凍結条件を、−２０℃の冷凍庫に５時間保持した他は、同様に行うことで、雲母状の薄片が積層した層状構造のシルクフィブロイン多層体を得た。
Production Example 3
A silk fibroin multilayer body having a layered structure in which mica-like flakes are laminated is obtained in the same manner except that the freezing conditions in the production of the fibroin porous body in Production Example 1 are kept in a freezer at −20 ° C. for 5 hours. It was.
実施例１
上記シルクフィブロイン多孔質体（１）１０ｇを、粉砕機（ワンダーブレンダーＷＢ−１（微粉砕ふた仕様）、大阪ケミカル（株）製）を用いて、５秒間粉砕し、かさ密度０．０９ｇ/ｃｍ３のシルクフィブロイン粉末（１）を得た。
Example 1
10 g of the silk fibroin porous material (1) was pulverized for 5 seconds using a pulverizer (Wonder Blender WB-1 (fine pulverized lid specification), Osaka Chemical Co., Ltd.), and a bulk density of 0.09 g / cm. 3 silk fibroin powder (1) was obtained.
実施例２
実施例１で得られたシルクフィブロイン粉末（１）２ｇを、粉砕機（ワンダーブレンダーＷＢ−１（微粉砕ふた仕様）、大阪ケミカル（株）製）を用いて、５秒間粉砕し、かさ密度０．１４ｇ/ｃｍ３のシルクフィブロイン粉末（２）を得た。
Example 2
2 g of the silk fibroin powder (1) obtained in Example 1 was pulverized for 5 seconds using a pulverizer (Wonder Blender WB-1 (fine pulverized lid specification), manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.), and the bulk density was 0. A silk fibroin powder (2) of .14 g / cm 3 was obtained.
実施例３
実施例１で得られたシルクフィブロイン粉末（１）５ｇを、気流式粉砕機（スーパージェットミルＳＪ−５００、日清エンジニアリング（株）製）を用いて、移送圧０．７ＭＰａで粉砕することで、かさ密度０．２１ｇ/ｃｍ３のフィブロイン粉末（３）を得た。
Example 3
By crushing 5 g of the silk fibroin powder (1) obtained in Example 1 at a transfer pressure of 0.7 MPa using an airflow crusher (Super Jet Mill SJ-500, manufactured by Nissin Engineering Co., Ltd.). A fibroin powder (3) having a bulk density of 0.21 g / cm 3 was obtained.
実施例４
実施例２で得られたシルクフィブロイン粉末（２）２０ｇを、粉砕機（ワンダーブレンダーＷＢ−１（微粉砕ふた仕様）、大阪ケミカル（株）製）を用いて、５秒間、３回粉砕し、かさ密度０．１４ｇ/ｃｍ３のシルクフィブロイン粉末（４）を得た。
Example 4
20 g of the silk fibroin powder (2) obtained in Example 2 was pulverized three times for 5 seconds using a pulverizer (Wonder Blender WB-1 (fine pulverized lid specification), manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) Silk fibroin powder (4) having a bulk density of 0.14 g / cm 3 was obtained.
実施例５
実施例４で得られたシルクフィブロイン粉末（４）１０ｇを、気流式粉砕機（スーパージェットミルＳＪ−５００、日清エンジニアリング（株）製）を用いて、移送圧０．７ＭＰａで粉砕することで、かさ密度０．１６ｇ/ｃｍ３のフィブロイン粉末（５）を得た。
Example 5
By crushing 10 g of the silk fibroin powder (4) obtained in Example 4 at a transfer pressure of 0.7 MPa using an airflow crusher (Super Jet Mill SJ-500, manufactured by Nissin Engineering Co., Ltd.). A fibroin powder (5) having a bulk density of 0.16 g / cm 3 was obtained.
実施例６
実施例５で得られたシルクフィブロイン粉末（５）５ｇを、気流式粉砕機（スーパージェットミルＳＪ−５００、日清エンジニアリング（株）製）を用いて、移送圧０．７ＭＰａで粉砕することで、かさ密度０．２１ｇ/ｃｍ３のフィブロイン粉末（６）を得た。
Example 6
By crushing 5 g of the silk fibroin powder (5) obtained in Example 5 at a transfer pressure of 0.7 MPa using an airflow pulverizer (Super Jet Mill SJ-500, manufactured by Nissin Engineering Co., Ltd.). A fibroin powder (6) having a bulk density of 0.21 g / cm 3 was obtained.
比較例１
高圧精練済み切繭（ながすな繭（株）社製）を、粉砕機（ワンダーブレンダーＷＢ−１（微粉砕ふた仕様）、大阪ケミカル（株）製）を用いて、５秒間粉砕を試みたが、粉末を得ることはできなかった。
Comparative Example 1
An attempt was made to pulverize a high-pressure smelted chopped mill (manufactured by Nagasuna Coffee Co., Ltd.) for 5 seconds using a pulverizer (Wonder Blender WB-1 (fine pulverized lid specification), Osaka Chemical Co., Ltd.). The powder could not be obtained.
比較例２
製造例３で得られた雲母状の薄片が積層した層状構造のシルクフィブロイン多層体を、粉砕機（ワンダーブレンダーＷＢ−１（微粉砕ふた仕様）、大阪ケミカル（株）製）を用いて、５秒間、３回粉砕し、かさ密度０．０７ｇ/ｃｍ３のシルクフィブロイン粉末（７）を得た。
Comparative Example 2
Using a pulverizer (Wonder Blender WB-1 (fine pulverized lid specifications), manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.), the silk fibroin multilayer body having a layered structure obtained by laminating mica-like flakes obtained in Production Example 3 was used. For 3 seconds, a silk fibroin powder (7) having a bulk density of 0.07 g / cm 3 was obtained.
比較例３
製造例１における透析後のシルクフィブロイン水溶液を１分間激しく震とうさせた後に２４時間静置し、析出した沈殿物をろ別後、４０℃、２４時間減圧乾燥した後、得られた固体を、粉砕機（ワンダーブレンダーＷＢ−１（微粉砕ふた仕様）、大阪ケミカル（株）製）を用いて、５秒間、３回粉砕し、かさ密度０．４５ｇ/ｃｍ３のシルクフィブロイン粉末（８）を得た。
Comparative Example 3
The dialysis silk fibroin aqueous solution after dialysis in Production Example 1 was vigorously shaken for 1 minute and then allowed to stand for 24 hours, and the deposited precipitate was filtered off and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 24 hours. Using a pulverizer (Wonder Blender WB-1 (fine pulverized lid specification), manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.), pulverize 3 times for 5 seconds to obtain silk fibroin powder (8) having a bulk density of 0.45 g / cm 3. Obtained.
（評価方法）
実施例１〜６、比較例２及び３について、以下の評価を行った結果を表１に示す。実施例１〜３、６、比較例２及び３の粉末の形状を観察した走査型電子顕微鏡写真は各々、図３〜７及び８に示す。
（１）シルクフィブロイン粉末の形状の観察
各実施例及び比較例で得られたシルクフィブロイン粉末の形状を、走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ Ｓ−４７００、（株）日立製作所製）を使用して、サンプルをＰｔ蒸着後、加速電圧５ｋＶで観察した。なお、比較例２で得られたシルクフィブロイン粉末は、加速電圧５ｋＶでは電子線照射でサンプル形状が変化したため、加速電圧１ｋＶで実施した。
(Evaluation method)
Table 1 shows the results of the following evaluations on Examples 1 to 6 and Comparative Examples 2 and 3. Scanning electron micrographs obtained by observing the shapes of the powders of Examples 1 to 3 and 6 and Comparative Examples 2 and 3 are shown in FIGS. 3 to 7 and 8, respectively.
(1) Observation of shape of silk fibroin powder Using a scanning electron microscope (FE-SEM S-4700, manufactured by Hitachi, Ltd.), the shape of silk fibroin powder obtained in each example and comparative example was used. The sample was observed at an acceleration voltage of 5 kV after Pt deposition. The silk fibroin powder obtained in Comparative Example 2 was implemented at an acceleration voltage of 1 kV because the sample shape was changed by electron beam irradiation at an acceleration voltage of 5 kV.
（２）シルクフィブロイン粉末のサイズの測定
（１）の評価において、観察視野内を縦×横＝３×３に９等分し、等分した各領域から代表的と思われる２つの粒子を選定し、装置の測長機能を利用して測定した。粒子の最大長さを縦、その縦と直交する方向の長さを横として長さを計測して、それぞれ平均値を算出した。また粒子が板状の場合は縦及び横に加えて、厚みもあわせて計測した。また粒子径が大きく、観察視野内の粒子数が少ない場合は代表的と思われる粒子を選定し測定した。
(2) Measurement of the size of silk fibroin powder In the evaluation of (1), the observation field was divided into 9 equal parts of length x width = 3 x 3, and two particles considered to be representative were selected from each divided area. The measurement was performed using the length measurement function of the device. The maximum length of the particles was measured in length, the length in the direction perpendicular to the length was measured in width, and the average value was calculated. When the particles were plate-like, the thickness was measured in addition to the length and width. In addition, when the particle size was large and the number of particles in the observation field was small, particles considered to be representative were selected and measured.
（３）かさ密度の測定
ＪＩＳ−Ｒ−１６２８に準拠して、定容積測定法により、タップ速度１００回／分で、タップかさ密度を測定した。
(3) Measurement of bulk density Tap bulk density was measured at a tap speed of 100 times / minute by a constant volume measurement method in accordance with JIS-R-1628.
（４）水への分散時の外観（泡立ちの評価）
５ｍｌの純水を入れた内容積約９ｍｌのガラス製スクリュー管に、２０ｍｇのフィブロイン粉末を静かに加え、ふたを閉め３０秒間激しく震とうさせた後、ふたを開けて分散液の泡立ち状態を目視で観察し、下記基準で評価した。
Ａ：泡立ちは確認されなかった。
Ｂ：泡立ちが若干確認された。
Ｃ：泡が発生し、容器口まで到達した。
(4) Appearance when dispersed in water (evaluation of foaming)
Gently add 20 mg of fibroin powder to a glass screw tube with an internal volume of about 9 ml containing 5 ml of pure water, close the lid and shake vigorously for 30 seconds, then open the lid and visually observe the foamed state of the dispersion. And evaluated according to the following criteria.
A: No bubbling was confirmed.
B: Some foaming was confirmed.
C: Bubbles were generated and reached the container mouth.
実施例の結果から、本発明のシルクフィブロイン粉末はかさ密度が大きく、良好なハンドリング性を有しており、また泡立ちが確認されず、優れた外観を発現することが確認された。
実施例の粉末は、図３〜６に示されるように、図１で示されるシルクフィブロイン多孔質体の多孔質形状（細孔形状）を反映した板状又は湾曲した板状の粉末形状を有することが確認できる。このような形状を有することで、大きいかさ密度が得られているものと考えられる。
一方、切り繭を用いた比較例１では粉砕することができず、粉末を得ることはできなかった。比較例２で用いられるシルクフィブロイン多層体は、図２に示されるように、多孔質構造を有さず、雲母状の薄片が積層した層状構造を有する多層体である。このシルクフィブロイン多層体を粉砕して得られた粉末は、かさ密度が小さくハンドリング性に劣り、また泡立ちが生じて優れた外観は得られなかった。また、図７に示される比較例２の粉末は平坦な薄膜状の形状を呈しており、図３〜６に示される実施例の粉末のような湾曲状の形状とは明らかに異なっていることが確認された。シルクフィブロイン析出物を破砕して得られた比較例３の粉末は、粒状を呈しており、かさ密度は大きかったものの、著しい泡立ちが生じ、優れた外観は得られなかった。
From the results of Examples, it was confirmed that the silk fibroin powder of the present invention had a large bulk density, had good handling properties, did not show foaming, and exhibited an excellent appearance.
As shown in FIGS. 3 to 6, the powder of the example has a plate-like or curved plate-like powder shape reflecting the porous shape (pore shape) of the silk fibroin porous body shown in FIG. 1. I can confirm that. It is considered that a large bulk density is obtained by having such a shape.
On the other hand, in Comparative Example 1 using a cutting shear, it could not be pulverized and a powder could not be obtained. As shown in FIG. 2, the silk fibroin multilayer used in Comparative Example 2 does not have a porous structure but has a layered structure in which mica-like flakes are laminated. The powder obtained by pulverizing this silk fibroin multilayer body had a small bulk density and inferior handling properties, and foaming occurred and an excellent appearance could not be obtained. Further, the powder of Comparative Example 2 shown in FIG. 7 has a flat thin film shape, and is clearly different from the curved shape like the powder of the examples shown in FIGS. Was confirmed. The powder of Comparative Example 3 obtained by crushing the silk fibroin precipitate had a granular shape and had a large bulk density, but a remarkable bubbling occurred and an excellent appearance could not be obtained.
本発明に係るシルクフィブロイン粉末は、シルクが有する生体親和性、及び保湿性といった化学的特性に加えて、粒子としての隠蔽性、平滑性、及び強度の向上といった物理的特性を利用して、化粧用材料、食品添加剤等に広く適用できる。また、多孔質体の空孔径、空孔率、及び粉砕条件を調整することで、得られるシルクフィブロイン粉末の形状、寸法を制御することができ、また、水等に分散させた際に、泡立ちを生じることがなく、優れた外観を発現することから、所望の触感、外観等が重視される高級分野にも適用できる。
上記の分野以外にも、癒着防止剤、創傷被覆材、及び薬剤徐放担体等の医療分野、フィルム、ゴム、成形材料、及び塗料等の複合材料としての充てん材、及び改質剤等の工業材料分野、歯磨き粉、紙おむつ、及び生理用品等の生活日用品分野、組織工学、及び再生医工学における細胞培養支持体、組織再生支持体の原料などに好適に使用することができる。
The silk fibroin powder according to the present invention makes use of physical properties such as particle concealability, smoothness, and strength improvement in addition to chemical properties such as biocompatibility and moisture retention of silk. Widely applicable to food materials, food additives, etc. In addition, the shape and size of the obtained silk fibroin powder can be controlled by adjusting the pore diameter, porosity, and pulverization conditions of the porous body, and when dispersed in water or the like, foaming occurs. Therefore, it can be applied to high-grade fields where a desired tactile sensation, appearance, etc. are important.
In addition to the above fields, medical fields such as anti-adhesion agents, wound dressings, and sustained-release carriers, and industry such as fillers and modifiers as composite materials such as films, rubber, molding materials, and paints. It can be suitably used as a raw material for cell culture supports, tissue regeneration supports, etc. in the fields of materials, daily necessities such as toothpaste, disposable diapers, sanitary products, tissue engineering, and regenerative medical engineering.
Claims (8)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107812239A (en) * | 2017-09-28 | 2018-03-20 | 广东医科大学 | A kind of preparation method of tussah silk peptide collagen compound rest |
| CN109054054A (en) * | 2018-07-19 | 2018-12-21 | 武汉纺织大学 | A kind of fibroin nanoparticles taking and preparation method thereof |
| CN115282324A (en) * | 2022-06-30 | 2022-11-04 | 浙江星月生物科技股份有限公司 | Silk fibroin hydrogel dressing and preparation method and application thereof |
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2015
- 2015-09-01 JP JP2015172234A patent/JP2017048302A/en active Pending
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| CN109054054B (en) * | 2018-07-19 | 2021-01-29 | 武汉纺织大学 | Silk fibroin nanoparticle and preparation method thereof |
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| CN115282324B (en) * | 2022-06-30 | 2024-02-23 | 浙江星月生物科技股份有限公司 | Silk fibroin hydrogel dressing and preparation method and application thereof |
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