JP2019131923A - フィブロイン繊維の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
フィブロイン、界面活性剤及び有機溶媒を含む紡糸原液を紡糸口金から空気中に吐出した後、凝固液中で未延伸のフィブロイン繊維を形成させる工程を備える、フィブロイン繊維の製造方法。
[2]
上記未延伸のフィブロイン繊維を延伸させる工程を更に備える、[1]に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
[3]
上記延伸させる工程における延伸倍率が2〜30倍である、[2]に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
[4]
上記フィブロインの濃度が、紡糸原液全量を基準として5〜40重量%であり、上記界面活性剤の濃度が、紡糸原液全量を基準として0.1〜10重量%である、[1]〜[3]のいずれかに記載のフィブロイン繊維の製造方法。
[5]
上記フィブロインが、クモ糸フィブロインである、[1]〜[4]のいずれかに記載のフィブロイン繊維の製造方法。
[6]
上記有機溶媒が、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)、ヘキサフルオロアセトン(HFA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、及びギ酸からなる群より選ばれる少なくとも1種である、[1]〜[5]のいずれかに記載のフィブロイン繊維の製造方法。
[7]
上記界面活性剤が、非イオン界面活性剤である、[1]〜[6]のいずれかに記載のフィブロイン繊維の製造方法。
[8]
上記非イオン界面活性剤が、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、及びポリオキシエチレンアルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種である、[1]〜[7]のいずれかに記載のフィブロイン繊維の製造方法。
[9]
上記クモ糸フィブロインが、配列番号11、配列番号14、配列番号15、配列番号35、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41若しくは配列番号43で示されるアミノ酸配列を含む、又は配列番号11、配列番号14、配列番号15、配列番号35、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41若しくは配列番号43で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、[1]〜[8]のいずれかに記載のフィブロイン繊維の製造方法。
[10]
フィブロインと、界面活性剤と、有機溶媒と、を含む、乾湿式紡糸用の紡糸原液であって、
上記フィブロインの濃度が、紡糸原液全量を基準として5〜40重量%であり、
上記界面活性剤の濃度が、紡糸原液全量を基準として0.1〜10重量%である、紡糸原液。
本実施形態に係る紡糸原液は、フィブロイン、界面活性剤及び有機溶媒を含む。本実施形態に係る紡糸原液は、フィブロインと界面活性剤を有機溶媒に溶解させた紡糸原液ということもできる。
式1:[(A)nモチーフ−REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ−REP]m−(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列に含まれる全てのREPにおいて、その領域に含まれるGPGXXモチーフの個数の総数を3倍した数(即ち、GPGXXモチーフ中のG及びPの総数に相当)をsとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、GPGXXモチーフ含有率はs/tとして算出される。
式1:[(A)nモチーフ−REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ−REP]m−(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列(図4の「領域A」に相当する配列。)に含まれる全てのREPにおいて、その領域に含まれるグルタミン残基の総数をuとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、グルタミン残基含有率はu/tとして算出される。グルタミン残基含有率の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としている理由は、上述した理由と同様である。
式1:[(A)nモチーフ−REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ−REP]m−(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列(図4の「領域A」に相当する配列。)に含まれる全てのREPにおいて、その領域の各アミノ酸残基の疎水性指標の総和をvとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、REPの疎水性度はv/tとして算出される。REPの疎水性度の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としている理由は、上述した理由と同様である。
本発明に係るフィブロイン繊維の製造方法は、上述した本発明に係る紡糸原液を用いて乾湿式紡糸法によりフィブロイン繊維を紡糸するものである。すなわち、本発明に係るフィブロイン繊維の製造方法は、上述した本発明に係る紡糸原液を紡糸口金から空気中に吐出した後、凝固液中で未延伸のフィブロイン繊維を形成する工程(紡糸工程)を少なくとも備える。当該製造方法により得られたフィブロイン繊維は、そのまま任意の用途に用いてもよい。また、未延伸のフィブロイン繊維を延伸する工程(延伸工程)を更に行い、任意の延伸倍率に延伸したフィブロイン繊維を得て、得られたフィブロイン繊維を任意の用途に用いてもよい。
本発明に係るフィブロイン繊維は、フィブロインと、界面活性剤とを含有する。界面活性剤の含有量の下限値は、フィブロインの含有量を基準として、0.001重量%以上、0.01重量%以上、0.1重量%以上、0.2重量%以上、0.3重量%以上、0.4重量%以上、0.5重量%以上、0.6重量%以上、0.7重量%以上、0.8重量%以上、0.9重量%以上、1重量%以上、又は1.2重量%以上であってよく、界面活性剤の含有量の上限値は、フィブロインの含有量を基準として、1.5重量%以下、2.0重量%以下、2.0重量%以下、2.5重量%以下、3.0重量%以下、4.0重量%以下、5.0重量%以下、6.0重量%以下、7.0重量%以下、8.0重量%以下、9.0重量%以下、10重量%以下、10重量%以下、15重量%以下、20重量%以下、25重量%以下、30重量%以下、35重量%以下、40重量%以下、45重量%以下、又は50重量%以下であってよい。
本実施形態に係るフィブロイン繊維は、繊維又は糸として、織物、編物、組み物、不織布等の布帛に応用できる。また、ロープ、手術用縫合糸、電気部品用の可撓性止め具、さらには移植用生理活性材料(例えば、人工靭帯及び大動脈バンド)等の高強度用途にも応用できる。これらは、国際公開WO2013/065650号等に記載の方法に準じて製造することができる。また、本実施形態に係るフィブロイン繊維は、長繊維、短繊維、紡績糸、フィラメント、紙、綿、及びその等価物にも応用でき、これらは、特開2009−505668号公報、特許第5678283号公報、特許第4638735号公報等に記載の方法に準じて製造することができる。
(1)発現ベクターの作製
ネフィラ・クラビペス(Nephila clavipes)由来のフィブロイン(GenBankアクセッション番号:P46804.1、GI:1174415)の塩基配列及びアミノ酸配列に基づき、配列番号15で示されるアミノ酸配列を有する改変フィブロイン(「PRT799」ともいう。)を設計した。なお、配列番号15で示されるアミノ酸配列は、ネフィラ・クラビペス由来のフィブロインのアミノ酸配列に対して、生産性の向上を目的としてアミノ酸残基の置換、挿入及び欠失を施したアミノ酸配列を有し、さらにN末端に配列番号12で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)が付加されている。
PRT799をコードする核酸を含むpET−22b(+)発現ベクターで、大腸菌BLR(DE3)を形質転換した。当該形質転換大腸菌を、アンピシリンを含む2mLのLB培地で15時間培養した。当該培養液を、アンピシリンを含む100mLのシード培養用培地(表4)にOD600が0.005となるように添加した。培養液温度を30℃に保ち、OD600が5になるまでフラスコ培養を行い(約15時間)、シード培養液を得た。
IPTGを添加してから2時間後に回収した菌体を20mM Tris−HCl buffer(pH7.4)で洗浄した。洗浄後の菌体を約1mMのPMSFを含む20mM Tris−HCl緩衝液(pH7.4)に懸濁させ、高圧ホモジナイザー(GEA Niro Soavi社製)で細胞を破砕した。破砕した細胞を遠心分離し、沈殿物を得た。得られた沈殿物を、高純度になるまで20mM Tris−HCl緩衝液(pH7.4)で洗浄した。洗浄後の沈殿物を100mg/mLの濃度になるように8M グアニジン緩衝液(8M グアニジン塩酸塩、10mM リン酸二水素ナトリウム、20mM NaCl、1mM Tris−HCl、pH7.0)で懸濁し、60℃で30分間、スターラーで撹拌し、溶解させた。溶解後、透析チューブ(三光純薬株式会社製のセルロースチューブ36/32)を用いて水で透析を行った。透析後に得られた白色の凝集タンパク質を遠心分離により回収し、凍結乾燥機で水分を除き、凍結乾燥粉末を回収することにより、改変フィブロイン(PRT799)を得た。
(実施例1)
(1)紡糸原液の調製
上記のようにして得られた改変フィブロイン(PRT799)25重量%と、有機溶媒としてギ酸74重量%と、界面活性剤としてポリオキシエチレン(20)オレイルエーテル1重量%とを混合して溶解させた。得られた溶液を目開き1μmの金属フィルターで濾過した後、脱泡して紡糸原液を得た。
調製した紡糸原液を用いて、図1に示される紡糸装置10を用いた乾湿式紡糸によって、紡糸及び延伸されたフィブロイン繊維を形成させた。孔径0.2mmのノズルを介して1ホール当たり0.08mL/minの速度で紡糸原液を吐出して繊維状にし、次いでそれを凝固液であるメタノールに浸漬させて凝固糸とした。さらに、水洗浄浴中で、凝固糸を水で洗浄しながら3.5倍に延伸し、その後120℃で乾燥してフィブロイン繊維を得た。
JIS L1013に基づいて試験を実施した。インストロン社製3345シリーズの引張試験機を用いて、試験長300mm、試験速度30mm/分の試験条件でフィブロイン繊維の強度(引張強度)及び伸度を測定した。
紡糸原液における界面活性剤をポリオキシエチレン(20)ステアリルエーテルに変更した他は、実施例1と同様にしてフィブロイン繊維を得て、当該フィブロイン繊維の機械物性評価を実施した。得られたフィブロイン繊維の機械物性は、比較例1におけるフィブロイン繊維の強度及び伸度を100%とした場合の相対値として表6に示した。
紡糸原液における界面活性剤をポリエチレングリコール(10)モノステアレートに変更した他は、実施例1と同様にしてフィブロイン繊維を得て、当該フィブロイン繊維の機械物性評価を実施した。得られたフィブロイン繊維の機械物性は、比較例1におけるフィブロイン繊維の強度及び伸度を100%とした場合の相対値として表6に示した。
紡糸原液に界面活性剤を添加しなかったことの他は、実施例1と同様にしてフィブロイン繊維を得て、当該フィブロイン繊維の機械物性評価を実施した。
乾湿式紡糸における水洗浄浴中での延伸倍率を最大とした他は、実施例1と同様にしてフィブロイン繊維を得て、当該フィブロイン繊維の機械物性評価を実施した。得られたフィブロイン繊維の機械物性は、比較例2におけるフィブロイン繊維の強度を100%とした場合の相対値として表7に示した。
乾湿式紡糸における水洗浄浴中での延伸倍率を最大とした他は、実施例2と同様にしてフィブロイン繊維を得て、当該フィブロイン繊維の機械物性評価を実施した。得られたフィブロイン繊維の機械物性は、比較例2におけるフィブロイン繊維の強度を100%とした場合の相対値として表7に示した。
乾湿式紡糸における水洗浄浴中での延伸倍率を最大とした他は、実施例3と同様にしてフィブロイン繊維を得て、当該フィブロイン繊維の機械物性評価を実施した。得られたフィブロイン繊維の機械物性は、比較例2におけるフィブロイン繊維の強度を100%とした場合の相対値として表7に示した。
乾湿式紡糸における水洗浄浴中での延伸倍率を最大とした他は、比較例1と同様にしてフィブロイン繊維を得て、当該フィブロイン繊維の機械物性評価を実施した。
Claims (8)
- フィブロイン、界面活性剤及び有機溶媒を含む紡糸原液を紡糸口金から空気中に吐出した後、凝固液中で未延伸のフィブロイン繊維を形成させる工程を備える、フィブロイン繊維の製造方法。
- 前記未延伸のフィブロイン繊維を延伸させる工程を更に備える、請求項1に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
- 前記延伸させる工程における延伸倍率が2〜30倍である、請求項2に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
- 前記フィブロインの濃度が、紡糸原液全量を基準として5〜40重量%であり、前記界面活性剤の濃度が、紡糸原液全量を基準として0.1〜10重量%である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
- 前記フィブロインが、クモ糸フィブロインである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
- 前記有機溶媒が、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)、ヘキサフルオロアセトン(HFA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、及びギ酸からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
- 前記界面活性剤が、非イオン界面活性剤である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
- 前記非イオン界面活性剤が、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、及びポリオキシエチレンアルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のフィブロイン繊維の製造方法。
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