JP2022504694A - シルクベースの材料の圧縮および熱で支援される生産 - Google Patents
シルクベースの材料の圧縮および熱で支援される生産 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022504694A JP2022504694A JP2021519824A JP2021519824A JP2022504694A JP 2022504694 A JP2022504694 A JP 2022504694A JP 2021519824 A JP2021519824 A JP 2021519824A JP 2021519824 A JP2021519824 A JP 2021519824A JP 2022504694 A JP2022504694 A JP 2022504694A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silk
- silk fibroin
- article
- fibroin
- mpa
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 187
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 27
- 230000006835 compression Effects 0.000 title description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 title description 9
- 108010022355 Fibroins Proteins 0.000 claims abstract description 196
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 142
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 44
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 34
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 28
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 26
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 26
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 26
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 26
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 19
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 17
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 16
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 15
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 13
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 12
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 12
- 239000004365 Protease Substances 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 10
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 7
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 7
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 claims description 7
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 239000000427 antigen Substances 0.000 claims description 5
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 claims description 5
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 5
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 5
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims description 5
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims description 5
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 claims description 4
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 2
- 229930014626 natural product Natural products 0.000 claims description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000007514 turning Methods 0.000 claims description 2
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 claims 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 63
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 59
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 description 22
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 19
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 18
- 239000010408 film Substances 0.000 description 17
- 241000255789 Bombyx mori Species 0.000 description 16
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 15
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 15
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 15
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 14
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 14
- 108010059712 Pronase Proteins 0.000 description 13
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 13
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 13
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 13
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 12
- 108010013296 Sericins Proteins 0.000 description 11
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 10
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 10
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 9
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 9
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 9
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 8
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 8
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 8
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 7
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 7
- -1 but not limited to Chemical compound 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 7
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 7
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 6
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 235000019419 proteases Nutrition 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 5
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 5
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 4
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102000000380 Matrix Metalloproteinase 1 Human genes 0.000 description 4
- 108010016113 Matrix Metalloproteinase 1 Proteins 0.000 description 4
- 229920001872 Spider silk Polymers 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005384 cross polarization magic-angle spinning Methods 0.000 description 4
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 4
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 4
- 238000004482 13C cross polarization magic angle spinning Methods 0.000 description 3
- 108090000317 Chymotrypsin Proteins 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 229920000249 biocompatible polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 3
- 239000008364 bulk solution Substances 0.000 description 3
- 229960002376 chymotrypsin Drugs 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 3
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 3
- 229920001606 poly(lactic acid-co-glycolic acid) Polymers 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 3
- 102100026802 72 kDa type IV collagenase Human genes 0.000 description 2
- 101710151806 72 kDa type IV collagenase Proteins 0.000 description 2
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 2
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 2
- 102000029816 Collagenase Human genes 0.000 description 2
- 108060005980 Collagenase Proteins 0.000 description 2
- 108010067770 Endopeptidase K Proteins 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 2
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229920000954 Polyglycolide Polymers 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000005102 attenuated total reflection Methods 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 2
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 2
- 229960002424 collagenase Drugs 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000007515 enzymatic degradation Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 description 2
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 2
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000009261 transgenic effect Effects 0.000 description 2
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BYEAHWXPCBROCE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-ol Chemical compound FC(F)(F)C(O)C(F)(F)F BYEAHWXPCBROCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004701 1H-13C HSQC Methods 0.000 description 1
- 238000004461 1H-15N HSQC Methods 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CFYIUBWVKZQDOG-UHFFFAOYSA-N 4-[[2-[[2-[[1-(4-nitroanilino)-1-oxo-3-phenylpropan-2-yl]amino]-2-oxoethyl]amino]-2-oxoethyl]amino]-4-oxobutanoic acid Chemical compound C=1C=C([N+]([O-])=O)C=CC=1NC(=O)C(NC(=O)CNC(=O)CNC(=O)CCC(=O)O)CC1=CC=CC=C1 CFYIUBWVKZQDOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000009027 Albumins Human genes 0.000 description 1
- 108010088751 Albumins Proteins 0.000 description 1
- 229920000856 Amylose Polymers 0.000 description 1
- 241000239290 Araneae Species 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000255925 Diptera Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000012565 NMR experiment Methods 0.000 description 1
- 241000238903 Nephila Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 229920000331 Polyhydroxybutyrate Polymers 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 102000007056 Recombinant Fusion Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010008281 Recombinant Fusion Proteins Proteins 0.000 description 1
- 241000239226 Scorpiones Species 0.000 description 1
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002494 Zein Polymers 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 108010027597 alpha-chymotrypsin Proteins 0.000 description 1
- 125000000539 amino acid group Chemical group 0.000 description 1
- 101150014732 asnS gene Proteins 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 230000007248 cellular mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 125000003636 chemical group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008876 conformational transition Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000001938 differential scanning calorimetry curve Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003937 drug carrier Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 150000001261 hydroxy acids Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000002198 insoluble material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 230000008863 intramolecular interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 1
- ZJZXSOKJEJFHCP-UHFFFAOYSA-M lithium;thiocyanate Chemical compound [Li+].[S-]C#N ZJZXSOKJEJFHCP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 1
- 239000006069 physical mixture Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000111 poly(butyric acid) Polymers 0.000 description 1
- 239000005014 poly(hydroxyalkanoate) Substances 0.000 description 1
- 239000005015 poly(hydroxybutyrate) Substances 0.000 description 1
- 229920001306 poly(lactide-co-caprolactone) Polymers 0.000 description 1
- 238000002264 polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000903 polyhydroxyalkanoate Polymers 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 108060006613 prolamin Proteins 0.000 description 1
- 235000019833 protease Nutrition 0.000 description 1
- 230000020978 protein processing Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008521 reorganization Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 238000000235 small-angle X-ray scattering Methods 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002415 sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000010996 solid-state NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000279 solid-state nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003381 solubilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012453 solvate Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003356 suture material Substances 0.000 description 1
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000001551 total correlation spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001622 two pulse phase modulation pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 229940005605 valeric acid Drugs 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 238000004736 wide-angle X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 210000005253 yeast cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000005019 zein Substances 0.000 description 1
- 229940093612 zein Drugs 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F4/00—Monocomponent artificial filaments or the like of proteins; Manufacture thereof
- D01F4/02—Monocomponent artificial filaments or the like of proteins; Manufacture thereof from fibroin
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
- A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
- A61L27/227—Other specific proteins or polypeptides not covered by A61L27/222, A61L27/225 or A61L27/24
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
- A61L31/04—Macromolecular materials
- A61L31/043—Proteins; Polypeptides; Degradation products thereof
- A61L31/047—Other specific proteins or polypeptides not covered by A61L31/044 - A61L31/046
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/02—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising animal or vegetable substances, e.g. cork, bamboo, starch
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08H1/00—Macromolecular products derived from proteins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L89/00—Compositions of proteins; Compositions of derivatives thereof
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
- D06M10/04—Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
- D06M10/08—Organic compounds
- D06M10/10—Macromolecular compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2089/00—Use of proteins, e.g. casein, gelatine or derivatives thereof, as moulding material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2211/00—Protein-based fibres, e.g. animal fibres
- D10B2211/01—Natural animal fibres, e.g. keratin fibres
- D10B2211/04—Silk
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2211/00—Protein-based fibres, e.g. animal fibres
- D10B2211/20—Protein-derived artificial fibres
- D10B2211/22—Fibroin
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
Abstract
一部の実施形態では、本開示は、（ｉ）実質的にアモルファス構造を含むシルクフィブロイン材料を提供するステップ、および（ｉｉ）シルクフィブロイン物品を形成するためにシルクフィブロイン材料に高温および高圧の少なくとも１つを印加するステップを含む方法を提供し、該印加するステップは、少なくとも一部のシルクフィブロインと、シルクフィブロイン材料中のフィブロインの構造変化との間の融合を誘導する。一部の実施形態では、本開示は、本明細書に開示される方法に従って作製されたシルクフィブロイン物品も提供する。
Description
関連出願への相互参照
本出願は、２０１８年１０月１０日出願の米国特許仮出願第６２／７４３，９７５号に関連し、それに基づく優先権を主張し、そしてすべての目的のためにその全体を本明細書に援用する。
本出願は、２０１８年１０月１０日出願の米国特許仮出願第６２／７４３，９７５号に関連し、それに基づく優先権を主張し、そしてすべての目的のためにその全体を本明細書に援用する。
連邦政府の資金による研究に関する声明
本発明は、米国国立衛生研究所によって付与された助成金ＡＲ０６８０４８およびＤＥ０１６５２５、ならびに米国空軍によって付与された助成金ＦＡ９５５０－１７－１－０３３３の下で政府支援によってなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
本発明は、米国国立衛生研究所によって付与された助成金ＡＲ０６８０４８およびＤＥ０１６５２５、ならびに米国空軍によって付与された助成金ＦＡ９５５０－１７－１－０３３３の下で政府支援によってなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
背景
シルクは、概して、カイコ、クモ、サソリ、ハエなどの鱗翅目の幼虫によって自然に生成されるタンパク質ポリマーとして規定される。カイコシルクは何世紀にもわたって織物生産に商業的に使用されており、歴史上最も研究されたタンパク質ベースの材料の１つとして認識されている。カイコシルクおよびクモシルクは最も研究され、広く使用されており、その生体適合性、生分解性および並外れた機械的性質のために、薬物送達および組織工学などの生物医学的用途に優れた材料である。カイコシルクは何世紀にもわたって縫合材料として使用されてきたが、近年、生体内での分解速度が調整可能であること、ならびに繊維、フィルム、ゲル、および発泡体などの複数の種類の材料に製造されることができることにより、さまざまな医学的用途をもつバイオマテリアルとして大きな注目を集めている。しかし、従来のポリマー産業と比較して、シルクの加工およびシルクベースの材料の生産のために開発された技術は非常に限られている。
シルクは、概して、カイコ、クモ、サソリ、ハエなどの鱗翅目の幼虫によって自然に生成されるタンパク質ポリマーとして規定される。カイコシルクは何世紀にもわたって織物生産に商業的に使用されており、歴史上最も研究されたタンパク質ベースの材料の１つとして認識されている。カイコシルクおよびクモシルクは最も研究され、広く使用されており、その生体適合性、生分解性および並外れた機械的性質のために、薬物送達および組織工学などの生物医学的用途に優れた材料である。カイコシルクは何世紀にもわたって縫合材料として使用されてきたが、近年、生体内での分解速度が調整可能であること、ならびに繊維、フィルム、ゲル、および発泡体などの複数の種類の材料に製造されることができることにより、さまざまな医学的用途をもつバイオマテリアルとして大きな注目を集めている。しかし、従来のポリマー産業と比較して、シルクの加工およびシルクベースの材料の生産のために開発された技術は非常に限られている。
要旨
本明細書に記載される組成物および方法は、とりわけ、新規の圧縮および熱ベースの方法を使用するシルクベースの材料の生産に関する。本明細書のシルクベースの材料には、純粋なシルク材料（例えば、シルクフィルム、シルクモノリス材料）および／または複合材料（例えば、シルク－グラフェン複合材料、シルク－酵素複合材料）が含まれる。本明細書に記載されるプロセスは、透明なシルクフィルム、シルクの整形外科用のデバイスおよび機能性シルクパターンなどの、溶液ベースのプロセスによって製造された材料の特性に匹敵するかまたはさらに優れた特性をもつ多様なシルク材料を生成することが示されている。さらに、一部の実施形態では、これらのプロセスを使用して、シルク分解酵素および導電性シルク－グラフェン複合材料を組み込むことにより、分解性を制御できるシルク材料などの、溶液ベースのプロセスでは達成できない機能性シルクフォーマットを製造することができる。一部の実施形態では、本明細書に記載の製造技術は、コラーゲンおよび組換えシルクタンパク質のような他の構造的な生体高分子に拡張することができる。
本明細書に記載される組成物および方法は、とりわけ、新規の圧縮および熱ベースの方法を使用するシルクベースの材料の生産に関する。本明細書のシルクベースの材料には、純粋なシルク材料（例えば、シルクフィルム、シルクモノリス材料）および／または複合材料（例えば、シルク－グラフェン複合材料、シルク－酵素複合材料）が含まれる。本明細書に記載されるプロセスは、透明なシルクフィルム、シルクの整形外科用のデバイスおよび機能性シルクパターンなどの、溶液ベースのプロセスによって製造された材料の特性に匹敵するかまたはさらに優れた特性をもつ多様なシルク材料を生成することが示されている。さらに、一部の実施形態では、これらのプロセスを使用して、シルク分解酵素および導電性シルク－グラフェン複合材料を組み込むことにより、分解性を制御できるシルク材料などの、溶液ベースのプロセスでは達成できない機能性シルクフォーマットを製造することができる。一部の実施形態では、本明細書に記載の製造技術は、コラーゲンおよび組換えシルクタンパク質のような他の構造的な生体高分子に拡張することができる。
一部の実施形態では、本開示は、（ｉ）実質的にアモルファス構造を含むシルクフィブロイン材料を提供するステップ、および（ｉｉ）シルクフィブロイン物品を形成するためにシルクフィブロイン材料に少なくとも１つの高温度および高圧力を印加するステップを含む方法を提供し、該印加するステップは、少なくとも一部のシルクフィブロインと、シルクフィブロイン材料中のフィブロインの構造変化との間の融合を誘導する。一部の実施形態では、シルクフィブロイン材料は、一緒に融合されている少なくとも一部のシルクフィブロインを含む、シルクのコンフォメーション変化を受けた固体のシルク製品に変換される。
一部の実施形態では、本開示は、（ｉ）所望の結晶化度および所望の材料特性の所望のシルクフィブロイン物品を生産するための高温度および高圧力を選択するステップ；および（ｉｉ）シルクフィブロイン物品を形成するために、実質的にアモルファス構造を含むシルクフィブロイン材料に高温度および高圧力を印加するステップを含む方法を提供し、該シルクフィブロイン物品は、所望の結晶化度および所望の材料特性を有する。
一部の実施形態では、本開示は、本明細書に開示される方法に従って作製されたシルクフィブロイン物品も提供する。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、包装材料であるか、または包装材料を含む。一部の実施形態では、包装材料は、電子デバイス、薬物送達システム、パターニング、成形、およびそれらの任意の組合せの製造での使用に適している。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、半結晶性シルクフィブロインを含み、該シルクフィブロイン物品のガラス転移温度は約４０℃～１３５℃の間である。一部の実施形態では、提供される組成物は、結晶性シルクフィブロインと非結晶性シルクフィブロインの両方を含む。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品の曲げ強度は、少なくとも５ＭＰａであり、シルクフィブロイン物品の実質的に全体の密度は、少なくとも１．２０ｇ／ｃｍ３である。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、約１０％（ｗ／ｗ）またはそれ以上の量のシルクを含む。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、３７℃で水性環境に３０日間曝された後、少なくとも１重量％分解する。
さまざまな実施形態において、本開示は、高温度および／または高圧力の特定の組合せの印加が、シルクフィブロイン材料中のシルク分子の結晶化をもたらし得るという発見を包含する。一部の実施形態では、結晶化には、アモルファス状態から半結晶性または結晶性構造および／またはβシート構造への転移が含まれる場合がある。一部の実施形態では、高温度および／または圧力を適用することにより、シルクフィブロイン材料中のβシートのレベルと比較してシルクフィブロイン物品中のβシートの量が少なくとも１％増加する可能性がある。一部の実施形態では、印加するステップにより、シルクフィブロイン材料中のβシートのレベルと比較してシルクフィブロイン物品中のβシートの量が少なくとも５０％増加する。本明細書で考察されるように、本開示は、シルクフィブロイン材料を高温度に曝す、少なくとも１回の期間、およびシルクフィブロイン材料を高圧力に曝す、少なくとも１回の期間の各々の印加を含む、シルクフィブロイン物品を提供するための一連の新しい方法を提供する。一部の実施形態では、高温度と高圧力は同時に印加される。一部の実施形態では、高温度は、高圧力が印加された後に、シルクフィブロイン材料に印加される。一部の実施形態では、印加するステップは、少なくとも部分的に、型の中で行われる。一部の実施形態では、印加は、型の中で行われない。
本明細書で考察されるように、本開示は、シルクフィブロイン材料を高温度に曝す、少なくとも１回の期間、およびシルクフィブロイン材料を高圧力に曝す、少なくとも１回の期間の各々の印加を含む、シルクフィブロイン物品を提供するための一連の新しい方法を提供する。一部の実施形態では、高温度と高圧力は同時に印加される。一部の実施形態では、高温度は、高圧力が印加された後に、シルクフィブロイン材料に印加される。一部の実施形態では、印加するステップは、少なくとも部分的に、型の中で行われる。一部の実施形態では、印加は、型の中で行われない。
一部の実施形態では、印加するステップは熱プレスであるか、または熱プレスを含む。一部の実施形態では、熱プレスは、少なくとも１ＭＰａの圧力で行われる。一部の実施形態では、熱プレスは、２５℃～２００℃の間の温度で行われる。
一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、実質的に透明である。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、生体吸収性である。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、熱成形特性を有し、高温度または高圧力で所望の形状に再成形することができる。
本開示は、一部の実施形態において、１またはそれを超える添加剤（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれを超える添加剤）を含む組成物も包含する。一部の実施形態では、添加剤は、提供される組成物の１またはそれを超える特性（例えば、物理的特性、機械的特性など）を増強することができる。一部の実施形態では、印加するステップの前に、シルクフィブロイン材料を少なくとも１つの添加剤と混合して、複合シルクフィブロイン物品を形成する。一部の実施形態では、添加剤は、小型の有機もしくは無機分子、有機高分子、無機高分子、生体高分子、例えば、ペプチドおよびタンパク質；導電性材料、炭素系材料、抗体およびその抗原結合フラグメント；抗原；核酸；核酸類似体および誘導体；糖類；免疫原；天然化合物および細胞、細菌、または組織などの生物学的システムからの抽出物（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）；合成材料；金属材料；合金；疎水性材料；親水性材料；ナノ材料；およびそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つであるか、またはそれらを含む。一部の実施形態では、有機高分子は、少なくとも１つの酵素、例えばプロテアーゼであるか、またはそれを含む。一部の実施形態では、酵素の活性は、高温度および圧力下のシルクによって安定化される。一部の実施形態では、プロテアーゼは、プロテアーゼＸＩＶ、プロテイナーゼＫ、α－キモトリプシン、コラゲナーゼ、マトリックスメタロプロテイナーゼ－１（ＭＭＰ－１）およびＭＭＰ－２のうちの１つまたは複数であるか、またはそれらを含む。一部の実施形態では、導電性材料は、無機導電性材料（例えば、銀、金、酸化鉄）、有機導電性材料（例えば、グラフェン）、金属、合金、半導体材料および／または共役ポリマーであるか、またはそれらを含む。一部の実施形態では、添加剤は、０．００１重量％～９５．０重量％の間の割合でシルクフィブロイン材料と混合される。
提供される方法および組成物（例えば、物品）は、従来の既知の方法を使用した場合には観察されない、１またはそれを超える物理的および／または機械的特性を含むことができる。例として、一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は実質的に均質である。一部の実施形態では、提供されるシルク物品は、その物品が大部分にわたって一貫した構造を示している（例えば、少なくとも７０％、８０％、９０％、９５％またはそれ以上のシルク物品が一貫した構造パターンを示す）場合に、実質的に均質であると考えられる。
さらに、特定の実施形態では、提供される方法は、複数の技術を使用して、従来の方法を使用して適用されたとき著しく異なる物品（例えば、物理的および／または機械的特性に関して）をもたらすであろう複雑な物品の生産を可能にする。いくつかの実施形態によれば、提供される方法は、多様なシルクフィブロイン物品のいずれかを生産するために使用することができる。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、フィルム、繊維、メッシュ、針、チューブ、プレート、ねじ、ロッドまたは任意の所望の形状であってよく、またはそれらを含んでいてもよい。
さらに、特定の実施形態では、提供される方法は、複数の技術を使用して、従来の方法を使用して適用されたとき著しく異なる物品（例えば、物理的および／または機械的特性に関して）をもたらすであろう複雑な物品の生産を可能にする。いくつかの実施形態によれば、提供される方法は、多様なシルクフィブロイン物品のいずれかを生産するために使用することができる。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、フィルム、繊維、メッシュ、針、チューブ、プレート、ねじ、ロッドまたは任意の所望の形状であってよく、またはそれらを含んでいてもよい。
提供される方法および組成物は、１またはそれを超える特性の強化を示すシルク物品の生産を可能にする。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、熱的特性または電気的特性が強化されている場合がある。一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は導電性である。さまざまな実施形態によれば、提供される組成物は、（例えば、組成物の表面上での）パターニングに適している場合がある。
一部の実施形態では、提供される組成物は、生体適合性および／または生分解性であってよい。さまざまな実施形態によれば、提供される方法および組成物は、多様な分解プロファイルのいずれかを可能にし、それは次に、多種多様なまたは潜在的な応用を可能にする。例えば、一部の実施形態では、シルク物品は、３７℃で水性環境に約９６時間曝された後、少なくとも５０重量％分解する。さらなる例として、一部の実施形態では、シルクフィブロイン物品は、生体内の環境または条件に６カ月曝された後でも１０％よりも多く分解しない。
多様な形態のシルクフィブロイン材料のいずれかを、さまざまな提供される方法および組成物に従って使用することができる。一般に、相当量のアモルファスシルクを含む任意のシルクフィブロイン材料を、一部の実施形態に従って使用することができる。限定されない例として、一部の実施形態では、シルクフィブロイン材料は、粒子、フィルム、および／または繊維であってよく、またはそれらを含んでいてもよい。一部の実施形態では、粒子は、少なくとも１つの微粒子およびナノ粒子であってもよく、これらを含んでいてもよい。
一部の実施形態では、提供されるシルク物品は、アモルファス状態から半結晶性構造へ転移した少なくとも一部のシルクフィブロインを含む、シルクのコンフォメーション変化を受けた固体のシルク物品にシルクフィブロイン材料が変換されるステップを含むプロセスによって作製されてもよい。
本明細書における刊行物、特許、または特許出願への引用は、参照によりその全文が組み込まれる。本出願で使用される数字は、約／およその有無にかかわらず、関連分野の当業者が理解する通常の変動を網羅することを意図する。
本明細書のその他の特徴、目的、および利点は、続く詳細な説明において明らかとなる。しかし、詳細な説明は、本発明の実施形態を示しているが、限定ではなく例示のためだけに記載されていることを理解されたい。本発明の範囲内のさまざまな変更および修正は、発明を実施するための形態から当業者に明白となるであろう。
詳細な説明
定義
定義
本出願では、文脈から特に明白でない限り、（ｉ）「ａ」という用語は、「少なくとも１つの」を意味すると理解されてよく；（ｉｉ）「または」という用語は、「および／または」を意味すると理解されてよく；（ｉｉｉ）「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、それ自体で提示されるか、１またはそれを超える追加の成分またはステップとともに提示されるかに関わらず、箇条書きにした成分またはステップを包含すると理解されてよく；（ｉｖ）「約」および「およそ」という用語は、同等のものとして使用され、当業者に理解されるであろう標準的な変形を許容すると理解されてよく；（ｖ）範囲が記載されている場合は、終点も含まれる。
およそ：本明細書において、関心対象の１または複数の値に適用される、用語「およそ」または「約」とは、述べられた基準値に類似する値をさす。特定の実施形態では、用語「およそ」または「約」とは、述べられた基準値のいずれの（より大きいまたはより小さい）方向にも２５％、２０％、１９％、１８％、１７％、１６％、１５％、１４％、１３％、１２％、１１％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、またはそれ未満に入る値の範囲を、特に明記しない限り、または文脈から明白な場合を除いて（そのような数が可能な値である１００％を超えない限り）さす。
生体適合性：本明細書において使用される「生体適合性」という用語は、例えば生体内でそのような組織と接触して配置された場合に生体組織に重大な害を引き起こさない材料を指す。特定の実施形態では、材料は、それらが細胞に対して毒性でない場合、「生体適合性」である。特定の実施形態では、材料をインビトロで細胞に添加しても細胞死が２０％以下であり、かつ／あるいは生体内でその材料を投与しても著しい炎症またはその他の有害作用を誘発しない場合に、その材料は「生体適合性」である。
生分解性：本明細書において使用される、「生分解性」という用語は、細胞に導入されると、細胞に重大な毒性作用を与えることなく（例えば、酵素分解、加水分解、および／またはそれらの組合せなどによる細胞機構によって）細胞が再利用するか、または処理することのできる成分に分解される材料を指す。特定の実施形態では、生分解性材料の分解によって生成された成分は生体適合性であり、したがって、生体内で重大な炎症および／または他の有害作用を誘発しない。一部の実施形態では、生分解性ポリマー材料は、その構成要素であるモノマーに分解される。一部の実施形態では、生分解性材料（例えば、生分解性ポリマー材料を含む）の分解は、エステル結合の加水分解を伴う。あるいは、またはそれに加えて、一部の実施形態では、生分解性材料（例えば、生分解性ポリマー材料を含む）の分解は、ウレタン結合の切断を伴う。生分解性ポリマーの例としては、例えば、乳酸およびグリコール酸などのヒドロキシ酸のポリマーが挙げられ、それには、限定されるものではないが、ポリ（ヒドロキシル酸）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（グリコール酸）（ＰＧＡ）、ポリ（乳酸－コ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、およびＰＥＧとの共重合体、ポリ無水物、ポリ（オルト）エステル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ（酪酸）、ポリ（吉草酸）、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（ヒドロキシアルカノエート、ポリ（ラクチド－コ－カプロラクトン）、それらのブレンドおよび共重合体が挙げられる。多くの天然に存在するポリマーも生分解性であり、それには、例えば、アルブミン、コラーゲン、ゼラチンおよびプロラミン、例えば、ゼインなどのタンパク質、ならびにアルギン酸塩、セルロース誘導体およびポリヒドロキシアルカノエート、例えば、ポリヒドロキシブチレートブレンドおよびそれらの共重合体などの多糖類が含まれる。当業者であれば、このようなポリマーが、生体適合性および／またはその生分解性誘導体（例えば、当技術分野で公知のように特定の化学基の置換または付加のみが異なる実質的に同一の構造で親ポリマーに関連するもの）であることを理解するかまたは判断することができるであろう。
圧縮：本明細書において使用される、「圧縮」という用語は、材料が負荷の影響のためにその多孔性を徐々に失うプロセスを指す。
組成物：本明細書において使用される場合、１またはそれを超える指定された構成要素を含む個別の物理的実体を指すために使用され得る。一般に、特に記載のない限り、組成物は、任意の形態、例えば、気体、ゲル、液体、固体などであってよい。一部の実施形態では、「組成物」は、単一の実施形態で、または同じ物品の一部として使用するための２またはそれを超える実体の組合せを指す場合がある。すべての実施形態において、実体の組合せが物理的混合をもたらすことは必要ではない、すなわち、組成物の各成分の別々の共実体としての組合せが可能である。しかし当分野の多くの実務者は、薬学的に許容され得る担体、希釈剤、または賦形剤に２またはそれを超える成分を混合した組成物を作製して、構成成分の組合せを同時に投与することを可能にすることが有利であると考えるかもしれない。
融合：本明細書において使用される、「融合」という用語は、２またはそれを超える別個の実体を新しい全体に結合するプロセスを指す。
親水性：本明細書において使用される、「親水性」および／または「極性」という用語は、水と混ざりやすいかまたは水に容易に溶解する傾向を指す。
疎水性：本明細書において使用される、「疎水性」および／または「非極性」とは、水をはじく、水と結合しない、または水に容易に溶解しない傾向を指す。
改善、増加、または減少：本明細書において使用されるかまたはその文法上の同等物は、ベースライン測定値、例えば以前に知られている方法に従って作製された同様の組成物での測定値などに対して相対的な値を示す。
マクロ粒子：本明細書において使用される、「マクロ粒子」という用語は、少なくとも１ミリメートルの直径を有する粒子を指す。一部の実施形態ではマクロ粒子は、ミセル膜によってバルク溶液から分離された、囲まれた区画を含むという点でミセルであり、一般に、空間または区画を取り囲んでいる（例えば、管腔を定義するため）両親媒性の実体で構成される。一部の実施形態では、ミセル膜は、例えば生体適合性および／または生分解性ポリマーなどの少なくとも１つのポリマーで構成される。一部の実施形態では、粒子の集団は、その集団の平均直径が１ミリメートルに等しいかまたはそれを超える場合、マクロ粒子の集団と見なされる。
微粒子：本明細書において使用される、「微粒子」という用語は、１マイクロメートルから１ミリメートルの間の直径を有する粒子を指す。一部の実施形態では微粒子は、ミセル膜によってバルク溶液から分離された、囲まれた区画を含むという点でミセルであり、一般に、空間または区画を取り囲んでいる（例えば、管腔を定義するため）両親媒性の実体で構成される。一部の実施形態では、ミセル膜は、例えば生体適合性および／または生分解性ポリマーなどの少なくとも１つのポリマーで構成される。一部の実施形態では、粒子の集団は、その集団の平均直径が１マイクロメートルから１ミリメートルの間である場合、微粒子の集団と見なされる。
ナノ粒子：本明細書において使用される、「ナノ粒子」という用語は、１０００ナノメートル（ｎｍ）未満の直径を有する粒子を指す。一部の実施形態では、ナノ粒子の直径は、米国国立科学財団の定義によると３００ｎｍ未満である。一部の実施形態では、ナノ粒子の直径は、米国国立衛生研究所の定義によると１００ｎｍ未満である。一部の実施形態ではナノ粒子は、ミセル膜によってバルク溶液から分離された、囲まれた区画を含むという点でミセルであり、一般に、空間または区画を取り囲んでいる（例えば、管腔を定義するため）両親媒性の実体で構成される。一部の実施形態では、ミセル膜は、例えば生体適合性および／または生分解性ポリマーなどの少なくとも１つのポリマーで構成される。一部の実施形態では、粒子の集団は、その集団の平均直径が１０００ｎｍに等しいかまたはそれ未満である場合、ナノ粒子の集団と見なされる。
生理的条件：本明細書では、細胞や生物が生存および／または繁殖するための条件という、当技術分野で理解されている意味を有する。一部の実施形態では、この用語は、生物または細胞系に自然に起こり得る外部または内部環境の条件を指す。一部の実施形態では、生理的条件は、ヒトまたは非ヒト動物の体内に存在する条件、特に手術部位に、かつ／または手術部位内に存在する条件である。生理的条件には、一般に、例えば、２０～４０℃の温度範囲、１の大気圧、６～８のｐＨ、１～２０ｍＭのグルコース濃度、大気圧レベルの酸素濃度、および地球上で遭遇する重力が含まれる。一部の実施形態では、実験室の条件は、生理的条件で操作および／または維持されている。一部の実施形態では、生理的条件は、生物においてみられる。
純粋：本明細書において、材料、添加剤、および／または実体は、それが他の要素を実質的に含まない場合に「純粋」である。例えば、特定の薬剤または実体を約９０％よりも多く含む調製物は、一般に純粋な調製物であるとみなされる。一部の実施形態では、薬剤または実体は、少なくとも９１％、少なくとも９２％、少なくとも９３％、少なくとも９４％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％純粋である。
基準：本明細書で使用される場合、比較が実行される標準または対照を説明する。例えば、一部の実施形態では、目的の材料、物品、添加剤、実体または他のサンプル、配列または値は、基準または対照の材料、物品、添加剤、実体または他のサンプル、配列または値と比較される。一部の実施形態では、基準または対照は、目的の試験または決定と実質的に同時に試験および／または決定される。一部の実施形態では、基準または対照は、歴史的な基準または対照であり、必要に応じて有形の媒体に具体化される。一般に、当業者によって理解されるように、基準または対照は、評価中のものと同等の条件または状況下で決定または特性評価される。当業者であれば、特定の可能な基準または対照への依存および／または比較を正当化するのに十分な類似性が存在する場合を理解するであろう。
固体形態：当技術分野で公知のように、多くの化学物質（特に多くの有機分子および／または多くの小分子）は、例えば、アモルファス形態および／または結晶形態（例えば、多形体、水和物、溶媒和物など）のような多様な異なる固体形態をとることができる。一部の実施形態では、そのような実体は、単一のそのような形態として（例えば、単一の多形体の純粋な調製物として）利用され得る。一部の実施形態では、そのような実体は、そのような形態の混合物として利用され得る。
実質的に：本明細書において、用語「実質的に」とは、関心対象の特徴または特性の全体またはほぼ全体の範囲または程度を示す定性的な状態をさす。生物学分野の当業者は、生物学的および化学的現象が、仮にあるとしてもめったに完了することはなく、かつ／または完全に進行することはなく、または絶対的な結果を達成するかまたは回避することはめったにないことを理解するであろう。そのため、用語「実質的に」は、本明細書において、多くの生物学的および化学的現象に固有の、潜在的な完全性の欠如を捕らえるために使用される。
組成物および方法
本説明は、とりわけ、特定の方法で高温度および高圧力のそれぞれの１またはそれを超える期間を適用することにより、例えばシルクフィブロイン材料のシルクフィブロインの構造にこれまで知られていなかった変化がもたらされるという認識を包含する。一部の実施形態では、本開示は、シルクフィブロイン物品が、当技術分野で広く使用されている中間体の可溶化を必要とせずに、アモルファスシルクフィブロイン材料から直接作製され得るという驚くべき発見を包含する。特定の理論に縛られることを望むものではないが、本明細書に開示される方法によって可能になる新しい構造は、少なくとも部分的に、シルクフィブロイン材料の圧縮と融合の組合せから生じることが特に企図される。
天然のタンパク質ベースの生体高分子として、さまざまな材料の形式のシルクは、優れた機械的特性に加えて、生体適合性および生分解性をはじめとする有望な特徴を有する。したがって、シルクは、薬物送達、組織工学および再生医療をはじめとする生物医学的用途１－４においてバイオマテリアルおよび足場のための材料選択肢として数十年にわたって利用されてきた。天然シルクは半結晶性生体高分子材料であり、タンパク質化学の両親媒性の性質により、組織化されていない、結晶性の低い連続相に埋め込まれたβシートのナノ微結晶から構成されている５－７。βシートのナノ微結晶の強い水素結合ネットワークは、セルロースに似たシルクの安定性と優れた機械的特性に大きく貢献しているが、これは、シルクベースの材料を分解させることなく熱加工する能力への課題となっている。実際、超高速レーザー加熱を必要とする、シルク材料の熱溶融および再構成に関する報告は限られている８、９。さらに、歴史的に、シルクフィブロインの基本的な構造的特徴に関するポーリングの研究から始めて、シルクの結晶相を形成する逆平行βプリーツシート（逆平行βシート）は、よく整列したＮ－Ｈ－Ｏの水素結合のために非常に安定している６、１０。
シルクタンパク質加工の以前から知られている方法には、溶液ベースの加工が含まれ、そうでない場合では材料は溶融前に分解することがよくあった。過去数十年の間、研究者らは、繊維からシルクフィブロインを抽出し、シルク溶液を作ることに重点を置いて、シルク繊維材料を加工する技術の開発にかなりの努力を払ってきた。例えば、外面のセリシンを除去した後の絹繊維（脱ガムシルク繊維）は、高い塩濃度のＬｉＢｒ／ＣａＣｌ２水溶液に溶解されて、シルク水溶液を生成することができる。さらに、脱ガムシルク繊維は、いくつかの有機溶媒、例えばギ酸、トリフルオロ酢酸、１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロ－２－プロパノール（ＨＦＩＰ）などに可溶性である。これらの方法は、ゲル、発泡体、フィルム、新しい繊維形式、および関連材料をはじめとするシルク材料を生成するための下流の加工（溶媒除去）を目的とする１６－１８。タンパク質の溶解度の制限に関連する溶媒の添加および除去は、新しく有用な材料を導くが、溶解度の制限により材料特性にも制限があることに加えて、様々な処理工程のために多大なコストがかかる。
本発明以前は、シルク水溶液を出発物質として使用する方法が、より人にやさしく、フィルム、発泡体、スポンジ、ヒドロゲル、チューブおよびバルク材料などの多様な材料形式を作るためにさらに使用することができるために好まれていた。しかし、シルクフィブロインは水溶液中で自己組織化する傾向があることにより、スケールアップ生産および製品の品質管理が難しい課題となっている。さらに、溶液ベースの処理方法以外に、調整可能な物理的特性を備えるシルクベースの構造材料のエンジニアリングおよび生産のための確立された技術は非常に限られている。制限を克服し、シルク材料をより良く加工するために、アモルファス天然シルク粉末を、調整可能な機械的特性を備える高性能構造材料に直接変換するための単純で効果的な戦略が本明細書に開示される。
一部の実施形態では、本明細書に開示される方法は、シルクフィブロイン水溶液から生成されたアモルファスシルクナノ材料（ＡＳＮ）の製造を含む。次に、ＡＳＮはホットプレスによって処理されて、シルクの（例えば、シルク物品への）融合および高密度化をもたらすことができる。結果として得られるシルクバルク材料は、ほとんどの天然構造材料よりも高い比強度を示し、シルクベースの複合材料の製造に効果的であることが示されている。さらに、設計されたシルク材料は熱成形特性を有しており、適切な条件下で材料を所望の形状にさらに変形させることが可能であることが示されている。図６は、トップダウンとボトムアップのアプローチを組み合わせて天然シルク繊維をバルクシルク部分に変換する、提供されている特定の方法の概略図を示す。一部の実施形態では、本明細書に記載される組成物および方法は、相当量のアモルファスシルクフィブロイン（例えば、粉末形態）を含むシルクフィブロイン材料からシルクフィブロインを直接バルク構造材料に変換するための、熱および圧力ベースの、時間効率が高く、制御可能な方法を実証する。一部の実施形態では、本明細書に記載される方法および組成物は、これまではシルクにうまく使用されていなかった、より伝統的なプロセスおよび成形技術をシルク材料に適用することを可能にし得る。さらに、一部の実施形態では、本明細書に記載される加工方法は、溶媒または水性のアプローチの必要性を回避し、シルクフィブロイン材料を部分に変換するための直接的な経路を提供する。さまざまな実施形態によれば、本明細書に記載される方法は、熱および圧力の制御された適用により、シルクフィブロインをアモルファス材料から半結晶性の高性能の構造材料に変換することを提供する。一部の実施形態では、提供されるプロセスは、ランダムコイルからβシートへのシルク分子のコンフォメーション転移を誘導する。一部の実施形態では、提供される方法には、天然シルク繊維を脱ガム、シルクフィブロイン可溶化および凍結乾燥によってアモルファスシルク材料（例えば、粉末）に加工し、適切な予備成形材料を作製すること；アモルファスシルク材料を予め設計された型に供給すること；ならびに、熱および圧力を適用することにより、シルクのコンフォメーションおよび構造変化を誘導することが含まれる。さらに、この方法は、シルクのみで加工することもでき、無機充填剤または第２のポリマーを添加して複合デバイスを作製することもできる。
アモルファスシルク前駆体材料の熱および圧力を利用した加工を使用する本明細書に記載される方法によって、非晶質シルク前駆体材料の熱および圧力を用いた処理により、プレート、ロッド、ねじ、およびチューブをはじめとするさまざまな形式のシルク材料を、材料の良好な生体適合性および分解性の特徴を維持しながら、調整可能な機械的特性および熱成形特性によって調製することができる。一部の実施形態では、本明細書に記載される方法は、以前に報告された方法と比較して、天然繊維をシルクモノリスに変換するための環境に配慮した費用効果の高い方法を可能にする（図２７）。この発見は、シルクベースの材料の加工方法の観点から景観を大きく変えるものであり、これまでシルクにはうまく採用されていなかった従来の加工および成形技術をシルク材料に適用できるようになった。製造されたシルクベースのデバイスは、整形外科用のインプラントをはじめとする、多様な生物医学的用途の可能性を秘めている。さらに、熱および圧力支援法は、タンパク質ベースのモノリスを製造するための他のタンパク質ベースの材料（例えば組換えタンパク質）に拡張することができる。
一部の例では、本明細書に記載される方法には、所望の結晶化度および所望の材料特性をもつ所望のシルクフィブロイン（ｆｉｂｏｒｎｉ）物品を生産するための高温および高圧を選択すること、次に、実質的にアモルファスである構造を有するシルクフィブロイン材料に高温および高圧を適用することが含まれ得る。すなわち、本明細書に記載される方法は、温度および圧力を予測可能に選択および印加して、所望の結晶化度および材料特性を有する物品を生産することができる。これは、結晶化度および材料特性の観点から所望の結果を事前に決定することなく、熱および／または圧力をシルク材料に印加することができる他のアプリケーションとは異なる。
シルクフィブロイン材料中の可塑剤の量は、所望の結晶化度および材料特性を生成するために調節することができる。これは低温の実施形態で特に効果的であり、可塑剤の量は所望の結晶化度および材料特性を生成するために選択される。一部の例では、可塑剤は水である。
シルク材料
多様なシルク材料のいずれかを、さまざまな実施形態に従って使用することができる。一部の実施形態では、シルク材料は、シルクフィブロイン（例えば、脱ガムされたかまたは実質的にセリシンを含まないシルクフィブロイン）であってもよく、これらを含んでいてもよい。一部の実施形態では、シルク材料は、シルク粉末（例えば、複数のシルク粒子を含む）であってもよく、これらを含んでいてもよい。
一部の実施形態では、シルク材料は、シルク粒子（例えば、微粒子またはナノ粒子）であってもよく、これらを含んでいてもよい。本明細書において、「粒子」という用語には、球体、ロッド、シェル、プリズム、および関連する構造が含まれる。任意の用途に適切な粒径が本開示の範囲内であると企図されるが、一部の実施形態では、１つのシルク粒子の直径は、１ｎｍ～１，０００μｍの間（例えば、１ｎｍ～１μｍの間、１μｍ～１，０００μｍの間など）である。一部の実施形態では、シルク粒子の直径は１，０００μｍよりも大きくてよい。
シルク粒子（例えば、ナノ粒子および微粒子）を生産するさまざまな方法が当技術分野で公知である。例えば、粉砕機（例えば、Ｒｅｔｓｃｈ遊星ボールミル）を使用してシルク粉末を生産することができる。一般に、ボールミルは、中心軸の周りに配置された２つまたは４つのサンプルカップで構成され、各カップが中心と局所の両方で回転するように調整されている。各セラミックカップには小さいセラミック製の球体が充填されている。さまざまなサイズが利用可能である。本開示に記載されている粉砕操作には、直径１０ミリメートルのボールが使用された／使用されている。カップが回転すると、球体がカップ内の材料を小さな特徴的なサイズに粉砕する。脱ガムされたシルクと脱ガムされていないシルクの両方を、ボールミル内で微粉砕材料から粉末形態に変換することができる。
他の実施形態では、代替の粉末形成技術を使用することができる（例えば、凍結乾燥または瞬間冷凍および破砕）。他の実施形態では、より大きな穴を備えた、粉砕機の代替格子を使用することができる。これにより、より大きなシルク粒径が生成され得る。
一部の実施形態では、シルク粒子は、２０１２年１０月２６日出願の米国特許仮出願第６１／７１９，１４６号に記載されている凍結乾燥法を使用して生産することができ、その内容は、参照によりその全文が本明細書に援用される。具体的には、シルク発泡体は、シルク溶液を凍結乾燥することによって生産することができる。次に、発泡体は粒子に還元することができる。例えば、シルク溶液は、液体担体が複数の固体結晶または粒子に変化し、複数の固体結晶または粒子の少なくとも一部を除去して多孔質シルク材料（例えば、シルク発泡体）が残る温度まで冷却され得る。冷却後、液体担体は、少なくとも部分的に、昇華、蒸発、および／または凍結乾燥によって除去することができる。一部の実施形態では、液体担体は減圧下で除去することができる。形成後、シルクフィブロイン発泡体は、粉砕、切断、破砕、またはそれらの任意の組合せに供されて、シルク粒子を形成することができる。例えば、シルクフィブロイン発泡体は、従来のブレンダーでブレンドされるか、またはボールミルで粉砕されて、所望のサイズのシルク粒子を形成することができる。
一部の実施形態では、相当量のアモルファス構造を含むシルクフィブロイン材料は、シルク溶液から作製され、ナノ構造で構成されている（図１に示される通り）。これは、ナノサイズのシルク粉末（ＮＳＰ）と呼ばれることがあり、アモルファスシルクナノ材料（ＡＳＮ）と呼ばれる材料の一部であり得る。本明細書において、これらの用語は同等であり、同義的に使用され得る。
特定の理論に縛られることを望むものではないが、一部の実施形態では、本開示は、特定の出発物質（例えば、相当量のアモルファス構造を含むシルクフィブロイン材料）を使用することにより、以前は達成できなかった組成物の生産が可能になるという認識を包含する。一部の実施形態では、シルク材料は、可溶化されたシルクから製造されていない。一部の実施形態では、シルク材料は、凍結乾燥されていてよい。
シルクフィブロイン
さまざまな実施形態によれば、任意のシルクフィブロインを提供される方法で使用することができる。いくつかの実施形態では、シルクフィブロインは、クモシルク（例えば、Ｎｅｐｈｉｌａ ｃｉａｖｉｐｅｓ由来）、カイコシルク（例えば、Ｂｏｍｂｙｘ ｍｏｒｉ由来）、および組換えシルク（例えば、細菌細胞、酵母細胞、哺乳類細胞、トランスジェニック動物および／またはトランスジェニック植物から生産／操作されたシルク）からなる群から選択される。さまざまな実施形態によれば、提供される方法および組成物で使用されるシルクは、脱ガムシルク（すなわち、ネイティブなセリシンの少なくとも一部が除去されたシルクフィブロイン）である。脱ガムシルクは、当業者に公知の従来法によって作製することができる。例えば、Ｂ．ｍｏｒｉの繭は、水溶液中で所定の時間煮沸される。一般に、脱ガム時間が長くなると、低分子のシルクフィブロインが生成される。一部の実施形態では、シルクの繭は、少なくとも６０分、少なくとも７０分、少なくとも８０分、少なくとも９０分、少なくとも１００分、少なくとも１１０分、少なくとも１２０分、またはそれ以上煮沸される。さらに、またはあるいは、一部の実施形態では、シルク繭を温で加熱または煮沸することができる。例えば、一部の実施形態では、シルク繭を、約１０１．０℃で、約１０１．５℃で、約１０２．０℃で、約１０２．５℃で、約１０３．０℃で、約１０３．５℃で、約１０４．０℃で、約１０４．５℃で、約１０５．０℃で、約１０５．５℃で、約１０６．０℃で、約１０６．５℃で、約１０７．０℃で、約１０７．５℃で、約１０８．０℃で、約１０８．５℃で、約１０９．０℃で、約１０９．５℃で、約１１０．０℃で、約１１０．５℃で、約１１１．０℃で、約１１１．５℃で、約１１２．０℃で、約１１２．５℃で、約１１３．０℃で、１１３．５℃で、約１１４．０℃で、約１１４．５℃で、約１１５．０℃で、約１１５．５℃で、約１１６．０℃で、約１１６．５℃で、約１１７．０℃で、約１１７．５℃で、約１１８．０℃で、約１１８．５℃で、約１１９．０℃で、約１１９．５℃で、約１２０．０℃で、またはそれ以上で加熱または煮沸することができる。一部の実施形態では、そのような高温は、少なくとも一部の加熱プロセス（例えば、煮沸プロセス）を圧力下で実行することによって達成することができる。例えば、本明細書に記載されるシルクフィブロイン断片を生産することができる、適した圧力は、一般に約１０～４０ｐｓｉの間、例えば、約１１ｐｓｉ、約１２ｐｓｉ、約１３ｐｓｉ、約１４ｐｓｉ、約１５ｐｓｉ、約１６ｐｓｉ、約１７ｐｓｉ、約１８ｐｓｉ、約１９ｐｓｉ、約２０ｐｓｉ、約２１ｐｓｉ、約２２ｐｓｉ、約２３ｐｓｉ、約２４ｐｓｉ、約２５ｐｓｉ、約２６ｐｓｉ、約２７ｐｓｉ、約２８ｐｓｉ、約２９ｐｓｉ、約３０ｐｓｉ、約３１ｐｓｉ、約３２ｐｓｉ、約３３ｐｓｉ、約３４ｐｓｉ、約３５ｐｓｉ、約３６ｐｓｉ、約３７ｐｓｉ、約３８ｐｓｉ、約３９ｐｓｉ、または約４０ｐｓｉである。
一部の実施形態では、絹繭の脱ガムプロセスで使用される水溶液は、約０．０２ＭのＮａ２ＣＯ３を含む。繭を例えば水ですすいで、セリシンタンパク質を抽出する。脱ガムシルクを乾燥させてシルク粉末の作製に使用することができる。あるいは、抽出されたシルクは、塩水溶液に溶解することができる。この目的に有用な塩には、臭化リチウム、チオシアン酸リチウム、硝酸カルシウム、またはシルクを可溶化できる他の化学物質が含まれる。一部の実施形態では、抽出されたシルクは、約８Ｍ～１２ＭのＬｉＢｒ溶液に溶解することができる。塩は、結果的に、例えば透析を使用して除去される。
一部の実施形態では、シルクフィブロインは、その天然のセリシン含有量が実質的に枯渇している（例えば、最終的に抽出されたシルク中の残留セリシンが５％（ｗ／ｗ）またはそれ未満）。一部の実施形態では、シルクフィブロインは、その天然のセリシン含有量を全く含んでいない。本明細書において、「全く含まない」（すなわち、「から構成される」用語）とは、使用している計測器またはプロセスの検出範囲内で、物質を検出することができないか、またはその存在を確認することができないことを意味する。一部の実施形態では、シルクフィブロインは、その天然のセリシン含有量を本質的に含まない。本明細書において、「本質的に含まない」（または「から本質的に構成される」）という用語は、微量の物質しか検出することができないこと、検出以下の量で存在すること、または存在しないことを意味する。
必要に応じて、シルク溶液は、例えば、吸湿性ポリマー、例えば、ＰＥＧ、ポリエチレンオキシド、アミロースまたはセリシンに対する透析を使用して濃縮することができる。一部の実施形態では、ＰＥＧの分子量は８，０００～１０，０００ｇ／ｍｏｌであり、濃度は約１０％～約５０％（ｗ／ｖ）である。ｓｌｉｄｅ－ａ－ｌｙｚｅｒ透析カセット（Ｐｉｅｒｃｅ、ＭＷ ＣＯ３５００）を使用することができる。しかし、どんな透析システムを使用してもよい。透析は、シルク水溶液の最終濃度が約１０％～約３０％となるのに十分な時間実施することができる。ほとんどの場合、２～１２時間の透析で十分であり得る。例えば、国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０１２６０６号（その内容は、参照によりその全文が本明細書に組み込まれる）を参照されたい。濃縮されたシルク溶液を生成するための別の方法は、希薄なシルク溶液を（例えば、蒸発または凍結乾燥によって）乾燥させることを含む。希薄溶液は、部分的に乾燥させて体積を減らし、それによりシルク濃度を増加させることができる。希薄溶液は、完全に乾燥させた後、乾燥したシルクフィブロインを希薄シルク溶液と比較して少量の溶媒に溶解することができる。一部の実施形態では、シルクフィブロイン溶液は、必要に応じて、適した時点で、濾過および／または遠心分離することができる。例えば、一部の実施形態では、シルクフィブロイン溶液は、必要に応じて、加熱または煮沸ステップの後に濾過および／または遠心分離することができる。一部の実施形態では、シルクフィブロイン溶液は、必要に応じて、透析ステップの後に濾過および／または遠心分離することができる。一部の実施形態では、シルクフィブロイン溶液は、必要に応じて、濃度調節ステップの後に濾過および／または遠心分離することができる。一部の実施形態では、シルクフィブロイン溶液は、必要に応じて、再構成ステップの後に濾過および／または遠心分離することができる。そのような実施形態のいずれにおいても、１または複数の濾過および／または遠心分離ステップを行って不溶性材料を除去することができる。そのような実施形態のいずれにおいても、１または複数の濾過および／または遠心分離ステップを行って、特定の分子量のシルクフィブロイン断片を選択的に濃縮することができる。
一部の実施形態では、シルクフィブロインおよび／またはシルクフィブロイン物品は、βターンおよび／またはβストランド領域を実質的に含むタンパク質構造を含むことがある。理論に縛られることを望むものではないが、シルクのβシート含有量は、組成物のゲル機能および生体内での寿命に影響を与える可能性がある。非βシート番含有量を含む組成物（例えば、ｅ－ゲル）も利用することができることを理解されたい。一部の実施形態では、シルクフィブロインは、例えば、約５％のβターンおよびβストランド領域、約１０％のβターンおよびβストランド領域、約２０％のβターンおよびβストランド領域、約３０％のβターンおよびβストランド領域、約４０％のβターンおよびβストランド領域、約５０％のβターンおよびβストランド領域、約６０％のβターンおよびβストランド領域、約７０％のβターンおよびβストランド領域、約８０％のβターンおよびβストランド領域、約９０％のβターンおよびβストランド領域、または約１００％のβターンおよびβストランド領域を含むタンパク質構造を有する。これらの実施形態のその他の態様では、シルクフィブロインは、例えば、少なくとも１０％のβターンおよびβストランド領域、少なくとも２０％のβターンおよびβストランド領域、少なくとも３０％のβターンおよびβストランド領域、少なくとも４０％のβターンおよびβストランド領域、少なくとも５０％のβターンおよびβストランド領域、少なくとも６０％のβターンおよびβストランド領域、少なくとも７０％のβターンおよびβストランド領域、少なくとも８０％のβターンおよびβストランド領域、少なくとも９０％のβターンおよびβストランド領域、または少なくとも９５％のβターンおよびβストランド領域を含むタンパク質構造を有する。これらの実施形態のさらにその他の態様では、シルクフィブロインは、例えば、約１０％～約３０％のβターンおよびβストランド領域、約２０％～約４０％のβターンおよびβストランド領域、約３０％～約５０％のβターンおよびβストランド領域、約４０％～約６０％のβターンおよびβストランド領域、約５０％～約７０％のβターンおよびβストランド領域、約６０％～約８０％のβターンおよびβストランド領域、約７０％～約９０％のβターンおよびβストランド領域、約８０％～約１００％のβターンおよびβストランド領域、約１０％～約４０％のβターンおよびβストランド領域、約３０％～約６０％のβターンおよびβストランド領域、約５０％～約８０％のβターンおよびβストランド領域、約７０％～約１００％のβターンおよびβストランド領域、約４０％～約８０％のβターンおよびβストランド領域、約５０％～約９０％のβターンおよびβストランド領域、約６０％～約１００％のβターンおよびβストランド領域、または約５０％～約１００％のβターンおよびβストランド領域を含むタンパク質構造を有する。一部の実施形態では、１０％未満から約５５％までのシルクのβシート含有量を本明細書に開示されるシルクフィブロイン組成物で使用することができる。
一部の実施形態では、シルクフィブロイン、またはシルクフィブロイン物品は、α－ヘリックスおよび／またはランダムコイル領域を実質的に含まないタンパク質 構造を有する。これらの実施形態の態様では、シルクフィブロインは、例えば、約５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約１０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約１５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約２０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約２５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約３０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約３５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約４０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約４５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、あるいは約５０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域を含むタンパク質構造を有する。これらの実施形態の他の態様では、シルクフィブロインは、例えば、最大５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、最大１０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、最大１５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、最大２０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、最大２５％のαヘリックスおよび／またはランダムコイル領域、最大３０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、最大３５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、最大４０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、最大４５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、あるいは最大５０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域を含むタンパク質構造を有する。これらの実施形態のさらに他の態様では、シルクフィブロインは、例えば、約５％～約１０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約５％～約１５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約５％～約２０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約５％～約２５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約５％～約３０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約５％～約４０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約５％～約５０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約１０％～約２０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約１０％～約３０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約１５％～約２５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、約１５％～約３０％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域、あるいは約１５％～約３５％のαへリックスおよび／またはランダムコイル領域を含むタンパク質構造を有する。
高温
本明細書で考察されるように、提供される方法および組成物には、１回または複数回の高温への曝露が含まれる。本明細書において、「高温」という用語は、標準室温よりも高い（すなわち、２５℃よりも高い）温度を指す。一部の実施形態では、提供される方法または組成物には、１回の高温への曝露が含まれる。一部の実施形態では、提供される方法または組成物には、少なくとも２回の（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０回またはそれを超える）高温への曝露が含まれる。組成の方法が２回またはそれを超える高温を含む一部の実施形態では、それらの高温のうちの少なくとも２回は互いに異なる。
一部の実施形態では、高温は、２５℃～２００℃の間であってよい。特定の例示的な範囲として、一部の実施形態では、高温は、２５℃～１５０℃の間、２５℃～１００℃の間、２５℃～９５℃の間、２５℃～５０℃の間、５０℃～２００℃の間、５０℃～１５０℃の間、５０℃～１００℃の間、２５℃～１００℃の間、１２５℃～２００℃の間、または１２５℃～１７５℃の間の任意の他の範囲であってよい。
一部の実施形態では、高温は、少なくとも２５℃であってよい。さらなる例として、一部の実施形態では、高温は、少なくとも２６℃、２７℃、２８℃、２９℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃、８０℃、８５℃、９０℃、９５℃または１００℃であってよい。一部の実施形態では、シルクフィブロイン材料の結晶化の増強は、９５℃またはそれ以上の温度で観察される。
一部の実施形態では、高温は、最大１２５℃であってよい。さらなる例として、一部の実施形態では、高温は、最大１２６℃、１２７℃、１２８℃、１２９℃、１３０℃、１３５℃、１４０℃、１４５℃、１５０℃、１５５℃、１６０℃、１６５℃、１７０℃、１７５℃、１８０℃、１８５℃、１９０℃、または１９５℃であってよい。
提供された組成物または提供された方法への１回または複数回の高温の印加は、任意の印加に適切な方法で行われてよい。限定されない例として、一部の実施形態では、１回または複数回の高温の印加は、オーブン、加熱ステージ、露出した炎、または他のメカニズムなどの加熱装置を介して、熱プレスによって行われてよい。
１回または複数回の高温の印加は、多様な期間のいずれかで、またはその期間にわたって行われてよい。例えば、一部の実施形態では、１回または複数回の高温の印加は、実質的に即座に（例えば、炎の上に置くかまたはオーブンに入れることによって）行われる。一部の実施形態では、１回または複数回の高温の印加は、数秒、数分、または数時間の期間にわたって行われる。一部の実施形態では、１回または複数回の高温の印加は、１秒から１時間の間の期間にわたって行われる。
高圧
本明細書で考察されるように、提供される方法および組成物には、１回または複数回の高圧への曝露が含まれる。本明細書において、「高圧」という用語は、標準大気圧（すなわち、１．０１３バール）よりも高い圧力を指す。一部の実施形態では、提供される方法または組成物には、１回の高圧への曝露が含まれる。一部の実施形態では、提供される方法または組成物には、少なくとも２回の（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０回またはそれを超える）高圧への曝露が含まれる。組成の方法が２回またはそれを超える高圧を含む一部の実施形態では、それらの高圧のうちの少なくとも２回は互いに異なる。
１回または複数回の任意の印加に適切な方法を用いて、提供された組成物または提供された方法に印加する高圧を生じさせることができる。限定されない例として、一部の実施形態では、高圧には、真空、プレス（例えば、ヒートプレス）、およびそれらの組合せの使用が含まれ得る。
一部の実施形態では、高圧の印加は、一軸圧縮であってもよいし、それを含んでもよい。一部の実施形態では、高圧の印加は、多軸圧縮（例えば、二軸圧縮）であってもよいし、それを含んでもよい。
任意の印加に適切なレベルの高圧を使用してよいが、一部の実施形態では、１ＭＰａから１ＧＰａの間の高圧が使用される。特定の例示的な範囲として、一部の実施形態では、高圧は、１０ＭＰａ～１ＧＰａの間、５０ＭＰａ～１ＧＰａの間、１００ＭＰａ～１ＧＰａの間、２００ＭＰａ～１ＧＰａの間、３００ＭＰａ～１ＧＰａの間、４００ＭＰａ～１ＧＰａの間または５００ＭＰａ～１ＧＰａの間であってよい。一部の実施形態では、高圧は、少なくとも１ＭＰａであってもよく、これらを含んでいてもよい（例えば、少なくとも２ＭＰａ、３ＭＰａ、４ＭＰａ、５ＭＰａ、６ＭＰａ、７ＭＰａ、８ＭＰａ、９ＭＰａ、１０ＭＰａ、２０ＭＰａ、３０ＭＰａ、４０ＭＰａ、５０ＭＰａ、６０ＭＰａ、７０ＭＰａ、８０ＭＰａ、９０ＭＰａ、１００ＭＰａ、１５０ＭＰａ、２００ＭＰａ、２５０ＭＰａ、３００ＭＰａ、３５０ＭＰａ、４００ＭＰａ、４５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、５５０ＭＰａ、６００ＭＰａ、６５０ＭＰａ、７００ＭＰａ、または７５０ＭＰａ）。
シルク物品
提供される方法および組成物は、以前は達成できなかったシルク物品、ならびに特性の強化されたシルク物品の生産を可能にする。一部の実施形態では、提供されるシルク物品は、実質的に均質な構造を示す（例えば、図２５、パネルＡに示される通り）。本明細書において、「実質的に均質な構造」とは、シルクフィブロイン分子が物品の実質的にすべての部分または全体にわたって一貫した方法で分布および／または構成されていることを意味する。さらに、一部の実施形態では、シルク物品は半結晶性構造中に相当量のシルクフィブロインを示す場合がある（例えば図２５、パネルＣおよびパネルＥ参照）。一部の実施形態では、提供される方法に従うシルク物品の生産には、例えばＸ線回折によって観察されるように、実質的なアモルファス状態から半結晶状態へのシルクフィブロインの構造の転移が含まれる。
一部の実施形態では、シルク物品は、相当量のβシート構造を示す場合がある。例えば、一部の実施形態では、シルク物品は、出発シルクフィブロイン材料と比較して、少なくとも１０重量％以上（例えば、少なくとも２０重量％、３０重量％、４０重量％）のβシート構造を示す場合がある。一部の実施形態では、シルク物品は、出発シルクフィブロイン材料と比較して、少なくとも５０重量％以上（例えば、少なくとも６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％、９５重量％）のβシート構造を示す場合がある。
一部の実施形態では、シルク物品の結晶化度は、温度および圧力の印加によって制御することができる。例えば、一部の実施形態では、アモルファスシルクを約２５℃～１２５℃の範囲の温度で加工すると、シルク物品は、約１０～１５％のβシート構造を含む場合がある。アモルファスシルクを約１２５℃～１７５℃の範囲の温度で加工する一部の実施形態では、シルク物品は、例えば、約２０～３５％のβシート構造、または例えば、４０％を超えるβシート構造を含む場合がある。
一部の実施形態では、提供される方法および組成物は、例えば、約２５℃～９５℃の処理温度で、隣接する生の絹粉末間の結合を介して、円形アモルファス粉末が一緒に充填される、均質であるシルク物品の生産を可能にする。一部の実施形態では、提供される方法および組成物は、例えば、約１２５℃～１７５℃の加工温度で、アモルファス粉末のシルク分子がガラス転移温度を超えて加熱されることでより大きい移動度を得て、絡み合ったナノ小球に自己組織化している、均質であるシルク物品の生産を可能にする。
一部の実施形態では、提供される方法および組成物は、熱軟化を受け、曲げることができ、所望の形状に成形できるシルク物品（例えば、薄膜）の生産を可能にする。一部の実施形態では、提供される方法および組成物は、機械加工可能なシルク物品の生産を可能にする。
提供される方法および組成物は、以前の方法では達成できなかった方法で複雑なシルク物品の生産を可能にする（例えば、生体内での使用に関連するねじり力に抵抗することのできるシルクねじ）。限定されない例として、一部の実施形態では、提供される方法および組成物は、フィルム、繊維、メッシュ、針、チューブ、プレート、ねじ、ロッド、およびそれらの任意の組合せなどのシルク物品を生産するために使用されてよい。
一部の実施形態では、シルク物品は、１またはそれを超える種類のパターニングに適している場合がある。一部の実施形態では、パターニングは、マクロパターニングであってもよく、これらを含んでいてもよい。一部の実施形態では、パターニングは、マイクロパターニング（すなわち、マイクロスケールの特徴を有するパターニング）であってもよく、これらを含んでいてもよい。一部の実施形態では、パターニングは、ナノパーニング（すなわち、ナノスケールの特徴を有するパターニング）であってもよく、これらを含んでいてもよい。一部の実施形態では、パターニングは、エッチング、リソグラフィーに基づくパターニング、カービング、カッティング、およびそれらの任意の組合せであってもよく、これらを含んでいてもよい。
一部の実施形態では、シルク物品は、１またはそれを超える種類の加工に供されてよい（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上）。本開示の範囲内で、印加に適切な任意の形態の加工が考えられるが、一部の実施形態では、加工は、機械加工、圧延、孔あけ、フライス加工、サンディング、パンチングダイカット、押出、化学エッチング、コーティング、成形、旋削、ねじ転造、およびそれらの任意の組合せであってもよく、これらを含んでいてもよい。
シルク物品の特性または特徴の例
一部の実施形態では、提供される組成物（例えば、シルク物品）は、実質的に透明であってよい。一部の実施形態では、提供される組成物（例えば、シルク物品）は、半透明であってよい。一部の実施形態では、提供される組成物（例えば、シルク物品）は、実質的に不透明であってよい。本明細書において、「透明」という用語は、光を透過する物体の傾向を指す（前記光の散乱がある場合もない場合もある）。一部の実施形態では、組成物／物品は、可視範囲（４００ｎｍ～８００ｎｍ）で露光される光の８０％以上を透過する場合に、実質的に透明と言われる。一部の実施形態では、組成物／物品は、可視範囲（４００ｎｍ～８００ｎｍ）で露光される光の５０％～８０％を透過する場合に、半透明と言われる。一部の実施形態では、組成物／物品は、可視範囲（４００ｎｍ～８００ｎｍ）で露光される光の５０％以下を透過する場合に、実質的に不透明と言われる。
一部の実施形態では、提供される組成物は、生体適合性および／または生分解性であってよい。一部の実施形態では、提供される組成物は、１または複数の特定の分解プロファイルを示す場合がある具体的な例として、一部の実施形態では、提供される組成物は、３７℃の水性環境に約９６時間曝された後、少なくとも５０重量％分解する場合がある。一部の実施形態では、提供される組成物は、生体内の環境または条件に１カ月曝された後でも１０％よりも多く分解しない場合がある。
一部の実施形態では、提供される組成物は、限定されるものではないが、導電性、強化された機械加工性、および／または強化された熱成形性を含む１またはそれを超える望ましい特性を示し得る。
添加剤
一部の実施形態では、提供される方法または組成物には、１またはそれを超える添加剤（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれを超える添加剤）が含まれる。一部の実施形態では、少なくとも１つの添加剤は、印加するステップ（例えば、１回またはそれを超える高温および高圧への曝露）の前に、シルクフィブロイン材料と混合されてもよいし、または別の方法で関連付けられてよい。一部の実施形態では、少なくとも１つの添加剤は、印加するステップと実質的に同時に、シルクフィブロイン材料と混合されてもよいし、または別の方法で関連付けられてよい。一部の実施形態では、少なくとも１つの添加剤は、印加するステップに続いて、シルクフィブロイン材料と混合されてもよいし、または別の方法で関連付けられてよい。
提供される方法および組成物は、多様な添加剤のいずれかの添加に適している。限定されない例として、一部の実施形態では、添加剤は、小分子、有機高分子、無機高分子、導電性材料、無機材料、疎水性材料、親水性材料、ナノ材料、およびそれらの任意の組合せであってもよく、これらを含んでいてもよい。
純粋なシルク材料およびシルクベースの複合材料をはじめとするシルクベースの材料の加工は、１またはそれを超える添加剤を添加することによって変更することができる。一部の実施形態では、添加剤の機能は、加工条件および生成物の特性を調整することであり得る。一部の実施形態では、添加剤は、水；グリセロール；糖類；生体高分子、例えば、ペプチド、タンパク質；抗体および抗原結合フラグメント；核酸；免疫原；抗原；酵素；合成ポリマー、例えば、ポリ（エチレン）グリコール、ポリ乳酸、ポリ（乳酸－コ－グリコール酸）などから選択されてよいが、適用に適切な添加剤は、本開示の範囲内として特に企図されている。
一部の実施形態、例えば生体内での使用が企図される一部の実施形態では、提供される組成物は、１またはそれを超えるプロテアーゼを含む場合がある。一部の実施形態では、有機高分子は、少なくとも１つのプロテアーゼであるか、またはそれを含む。一部の実施形態では、プロテアーゼは、プロテイナーゼＸＩＶ、プロテイナーゼＫ、ａ－キモトリプシン、コラゲナーゼ、マトリックスメタロプロテイナーゼ－１（ＭＭＰ－１）およびＭＭＰ－２のうちの１つまたは複数であるか、またはそれらを含む。一部の実施形態では、プロテアーゼは、提供される特定の組成物の（例えば、生体内環境での）分解プロファイルを調整するのに有用であり得る。
一部の実施形態では、導電性材料は、有機導電性材料および／または無機導電性材料（例えば、金属）であってもよく、これらを含んでいてもよい。一部の実施形態では、導電性材料は、導電性ポリマー、グラフェン、銀、金、アルミニウム、銅、白金、スチール、真ちゅう、ブロンズ、および酸化鉄の少なくとも１つであってもよく、これらを含んでいてもよい。
さまざまな実施形態によれば、任意の適用に適切な量の１またはそれを超える添加剤が有用であり得る。限定されない例として、一部の実施形態では、添加剤は、提供される組成物に０．００１重量％～９５重量％の間の量で存在してよい。一部の実施形態では、１またはそれを超える添加剤は、シルクフィブロイン材料の０．００１重量％から９５重量％の範囲の量でシルクフィブロイン材料と混合されてよい。
実施例１－凍結乾燥したシルクの生産のためのシルク水溶液の調製
シルク水溶液は、脱ガムシルク繊維（その外面のセリシンを除去した後のシルク繊維）を、高い塩濃度のＬｉＢｒ／ＣａＣｌ２溶液に溶解してシルク水溶液を生成することによって調製した。Ｂｏｍｂｙｘ ｍｏｒｉ（Ｂ．ｍｏｒｉ）の繭を小片に切断し、０．０２Ｍ Ｎａ２ＣＯ３水溶液（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、ＵＳＡ）で３０分間煮沸した後、蒸留水ですすいでＮａ２ＣＯ３およびセリシンを除去した。脱ガムシルクを室温で一晩乾燥させた。次に、２０グラムの乾燥した脱ガムシルクを１００ｍＬの９．３Ｍ ＬｉＢｒ溶液に６０℃で３～４時間溶解した。続いて、Ｓｌｉｄｅ－ａ－Ｌｙｚｅｒ透析カセット（ＭＷＣＯ ３，５００、Ｐｉｅｒｃｅ、ＵＳＡ）を使用して、溶液を蒸留水中で３日間透析した。透析の間、水を５回交換した（１時間、４時間、８時間、２４時間、４８時間）。透析後、溶液を１３，０００ｒｐｍで１０分間遠心分離して不溶性不純物を除去した。最終シルク溶液の濃度は、既知の量の溶液を乾燥させ、残留固体の質量を測定することによって決定された（約６ｗ／ｖ％）。
実施例２－アモルファスシルク材料の特性評価
カイコ繭（Ｂｏｍｂｙｘ ｍｏｒｉ）由来の天然シルク繊維は、約３９０ｋＤａの重鎖および約２５ｋＤａの軽鎖を持つ天然のタンパク質であるシルクフィブロインを含む５、１９。シルク水溶液は、脱ガムした天然シルク繊維の水素結合ネットワークを高濃度塩溶液で切断して再生シルク水溶液を形成することによって得られる。次に、新鮮な溶液をさらに凍結乾燥してアモルファスシルク材料（図１パネルＤ、パネルＥ、パネルＦ）を固体状態で得る。これはシルク溶液よりも安定性が高く、何年間も大きな構造変化なしに周囲条件で貯蔵することができる。
この実施例では、新鮮な可溶化されたシルクを凍結乾燥した後、さらに粒子に加工し、次に熱および圧縮によって成形して、さまざまな最終構造を形成する。最終材料の特性を理解するために、出発物質の特性を評価し、天然シルクの材料特性と比較した。
新鮮な可溶化されたシルクは、凍結乾燥シルクを生産するための凍結乾燥によって固体シルクの形式に変換し戻すことができる。ここで、凍結乾燥シルクは、溶液状態のものと非常に類似したフィブロイン構造（主にランダムコイル）を有することが見出された。さらに重要なことに、乾燥した凍結乾燥シルクは、目立った構造変化なしに、何年間も周囲条件下で貯蔵することができる。生のシルク繭繊維および脱ガムシルク繊維を比較して、凍結乾燥シルクは二次構造（例えば、βシート）で構成される明確に定義されたな階層構造がない。これはランダムコイル構造を有するアモルファス材料である。このような重要な構造の違いにより、凍結乾燥シルクの熱的または機械的挙動は、生のシルク繭繊維および脱ガムシルク繊維の挙動とは異なる。
図２のパネル（Ａ）は、脱ガムシルク繊維および凍結乾燥シルク粉末の熱特性を示す。熱重量分析（ＴＧＡ）から、凍結乾燥シルクは脱ガムシルク繊維（２．８重量％）よりも水分含有量（５．０重量％）が高かった。
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）による特性評価により、凍結乾燥シルクが、６５℃付近の水に関連するガラス転移と、１７８℃の純粋なシルクフィブロインのガラス転移を有することがさらに示されたが、これらは脱ガムシルク繊維では見られなかった（図２のパネルＢ）。
加熱中の構造変化を理解するために、凍結乾燥シルクのより詳細なＤＳＣ研究を行い、その結果を図３に示した。加熱中、シルク－水系は、シルクフィブロイン鎖の再編成および結合した水の蒸発の組合せにより、動的なコンフォメーションおよび組成の変化を受ける。具体的には、シルクフィブロインは最初に再編成されて、結合した水を可塑剤として用いて新しいコンフォメーションを形成する可能性があるが、これは低い温度範囲（３５℃～８０℃）で実証された。シルク－水系のよく分解されたガラス転移は６５℃で示された。シルクをさらに加熱すると、結合していた水分子が同時に放出され始める。結合していた水分子はこの系で２種類見出され、それには弱く結合した水分子と強く結合した水分子が含まれた。弱く結合した水分子は３５℃付近で蒸発を始め、最大蒸発速度は９５℃であったが、強く結合した水分子は５５℃付近で蒸発を始め、最大蒸発速度は１２５℃であった。温度が１６０℃に達すると、結合した全ての水分子が蒸発した。連続して加熱すると、純粋なシルクフィブロインの安定したガラス転移は１７８℃付近であることが示された。ＴＧＡ、ＤＴＧおよびＤＳＣ特性評価の場合の加熱速度は１０℃／分である。
ＤＳＣ測定は、５０ｍＬ／分の乾燥窒素ガス流量下で、サンプルをアルミニウムパンに封入して実施した。標準ＤＳＣ測定では、サンプルは１０℃／分の加熱速度で－５０℃から２００℃に加熱された。ＡＳＮの水分含有量は、規則性がより低い構造の、溶液キャストされたシルクフィブロインについて報告された値と同様である２７、２８。
熱分析により、ＡＳＮの水分含有量が５．０±０．５重量％（図２、パネルＡ）であり、脱ガムされた天然のシルク繊維（約２．８±０．３重量％）よりも有意に高いことが示された。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により、ＡＳＮが６５℃の水に関連するガラス転移と、１７８℃安定したガラス転移温度を有することが示され（図２、パネルＢ）、これはアモルファスシルクフィルムに関する以前の研究とよく合致する（Ｈｕ，Ｘ．，Ｋａｐｌａｎ，Ｄ．＆Ｃｅｂｅ，Ｐ．Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｂｅｔａ－Ｓｈｅｅｔ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ ｉｎ Ｆｉｂｒｏｕｓ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｂｙ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ３９，６１６１－６１７０（２００６）参照）。詳細な段階的走査プロファイルはさらに、アモルファスシルク材料と結合した２種類の水、すなわち、９５℃の最大蒸発速度で弱く結合したアモルファスシルク材料と結合した水と、１２５℃の最大蒸発速度で強く結合した水を示した（図２、パネルＣ）。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）による特性評価により、凍結乾燥シルクが、（ＴＭＤＳＣから）７１℃付近の水に関連するガラス転移と、１７８℃の純粋なシルクフィブロインのガラス転移を有することがさらに示されたが、これらは脱ガムシルク繊維では見られなかった（図４）。この実施例では、シルクフィブロインは、７１℃でシルク－水系のよく分解されたガラス転移を示した。連続して加熱すると、純粋なシルクフィブロインの安定したガラス転移は１７８℃付近で観察された。加熱速度は２℃／分、温度振幅は０．３１８Ｋ、周期は１分であった。
Ｘ線回折（ＸＲＤ）、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）および固体ＮＭＲ分光法により、アモルファスシルク材料のシルクフィブロインは主にアモルファス構造であり、βシート構造の含有量が低い（約１．０％）ことが示された（図１、パネルＧ、パネルＨ、パネルＩ、パネルＪ）。
実施例３－多様な温度および高圧でアモルファスシルク材料を用いるシルクモノリスのエンジニアリング
天然シルク繊維は、周囲条件および高圧条件で強力な水素結合ネットワークを含む非常に安定した分子構造を有しており２６、そのことが生のシルク繊維の直接的な熱加工を制限する。天然シルクをアモルファスシルクに再構成することにより、シルクフィブロインの分子構造は、規則性がより低くなる。高圧および高温では、材料系の自由エネルギー変化（ギブスの自由エネルギーＧ＝Ｅ＋ＰＶ－ＴＳ）により、材料の相または分子構造を調整する新しい機会を得る可能性がある。それにより、本発明者らは外部からの圧力（または応力）および熱が固体状態のシルクタンパク質の集合にどのように影響するかを調査することにした。
アモルファスシルクは凍結乾燥によって得られ、高密度化および熱加工の原材料として使用される。分子構造（ＸＲＤ、ＦＴＩＲ）と形態素解析（ＳＥＭ）の組合せにより、高密度化中の加工温度が上昇すると、アモルファスシルクフィブロインの自己組織化が促進されることが明らかになる。生のＡＳＮの圧力に推進される高密度化は、水素結合およびファンデルワールス相互作用をはじめとする分子間相互作用を促進する場合があり、それが新しいβシート構造の形成の原因となる。
さまざまな濃度（＜７重量％）のシルク溶液から作製された再生アモルファスシルクを、熱／圧力プロセスによるシルク材料を製造するための原材料として使用した。この実施例では、１％シルク溶液から作製された再生アモルファスシルク粉末を、多様な形式のシルク材料の生産のための例示的な出発物質として使用した。この実施例では、シルク構造への熱および圧力の影響をさらに調べ、熱および圧力を用いてアモルファスシルク材料を機能デバイス（例えばシルクねじ）に設計するためのさまざまな加工経路をさらに実証した（図５）。さまざまな加工経路によって製造されたシルク部品のコレクションを図７に示す。
ＡＳＮの構造変化をエンジニアリングおよび誘導するために使用される方法は、圧力および熱の適用の制御である。印加される圧力は１ＭＰａから１ＧＰａ超の範囲であり、温度は０℃から２００℃の範囲である。シルクフィブロインが２００℃付近で分解し始めるため、温度は２００℃未満に制御される。事前に設計された型にＡＳＮを充填し、６３２ＭＰａでさまざまな温度でシルクプレートに圧縮した。温度が上昇するにつれて、シルクプレートは不透明から透明になり、黄色がかった淡い色に外観が変化する。走査型電子顕微鏡分析により、低温（２５、６５および９５℃）および高温（１２５、１４５および１７５℃）で加工されたシルクプレートの内部構造の著しい違いが示された。低い加工温度では、温度の上昇とともに生のシルク粉末の充填密度が高くなり、塑性変形が大きくなるにもかかわらず、生のシルク粉末の寸法に類似する特徴が依然として存在する（図８パネルａ：Ａ２～Ｃ２、およびＡ３～Ｃ３）。約３０ｎｍのシルク小球が高い加工温度で観察された（図８パネルａ：Ｄ３～Ｆ３）。これは、天然のカイコおよびクモのシルク繊維の球状の構造に類似している。
フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）分析は、低い加工温度（２５℃、６５℃、９５℃、１２５℃）で少量のβシート構造（約１０～１５％）が形成され、高い加工温度（１４５℃、１７５℃）でそれよりも多い量のβシート構造（４０％超）形成されることを示した（図８、パネルｂＢおよびパネルＤ）。さらに、Ｘ線回折（ＸＲＤ）の特性評価では、高密度化されたシルクプレートの結晶化度が、２５～９５℃の温度範囲で温度が上昇するとゆっくりと増加することが示されている。対照的に、１２５℃を超えてホットプレスをおこなった場合、結晶化度は温度とともに大幅に増加する（図８、パネルＣおよびパネルＥ）。低い温度（２５、６５および９５℃）では、シルクアモルファス粉末は、隣接する粒子間の結合を介して一緒に充填され、βシート構造の含有量は低くなることがあり；高い温度（１２５、１４５および１７５℃）では、シルク分子は、ガラス転移温度を超えるとより大きい移動度を獲得し、絡み合ったナノ小球および中程度の結晶化度（約２０～３５％）が特徴的な構造に自己組織化することがある。さらに、９５℃超でホットプレスをおこなった場合に、ＸＲＤはシルクＩＩ構造（天然のシルク繊維と同様）を示し、加工中の構造転移（シルクＩからシルクＩＩへの）が示される（図８、パネルＣ）。熱加工中のＡＳＮの構造転移を示すための簡単なメカニズムが提案された（図８、パネルＦ）。
一例では、熱加工されたバルクシルク材料の機械的特性は、３点曲げ試験で特性評価された。加工温度が上昇すると（２５℃～１４５℃）、バルクシルク材料の強度は増加した（図９、パネルＡおよびパネルＢ）。しかし、１７５℃で、強度が低下しはじめた。これは高い結晶化度と部分的な熱分解に起因し得る。最大強度は、１４５℃で加工されたシルクプレートに対して比強度１０９±１０ＭＰａ／ｇ ｃｍ－３で達成された。これは、ＣＰ真珠層および木材などの一部の天然構造材料の強度を上回っている（図９、パネルＣ）。対照的に、βシート含有量が高く結晶化度が低い脱ガムシルク粉末の高密度化は、機械的特性が劣っている。これは、脱ガムシルク粉末の融合が弱いことを示している可能性がある（図１０）。
別の例では、アモルファスからシルク構造材料への変換における圧力の役割が調査された。室温で、生のアモルファスシルク材料の圧力駆動高密度化は、βシート構造の形成をもたらす（βシート含有量は、アモルファスシルク材料の約１％に対して約１０％、図８パネルＢおよびＤ）。高密度化を高温（６５～１７５℃）で行うと、高密度化されたシルク材料の密度は、高圧（６３２ＭＰａ）で約１．３５ｇ／ｃｍ３の一定の値に達する（図１１、パネルＡ）。低い外圧下での高密度化は、３点曲げ試験において低い曲げ強度を示す（図１１、パネルＢ）。分子構造（ＸＲＤ、ＦＴＩＲ）と形態素解析（ＳＥＭ）の組合せにより、高密度化中の加工温度が上昇すると、高温（＞１４５℃）での著しいβシート構造の形成に示されるように、アモルファスシルクフィブロインの自己組織化が促進されることが明らかになった。圧力および熱によって引き起こされるアモルファスシルクの構造転移は、シルクフィブロインを融合させ、アモルファスシルクナノ材料を堅牢なバルク材料に変えるのに役立つと考えられる。
実施例４－アモルファスシルクナノ材料の設計された形状への直接成形
アモルファスシルク材料は、図５のプロセスＢに示されるように、直接成形のために予め設計された金型に装入することができる。成形後、シルク材料を設計された形状に変形させる。この場合、アモルファスシルク材料をねじの形状の型に充填し、続いて１２０℃および８００ＭＰａで材料を形状に成形した。得られたシルクねじを図１２に示す。
実施例５－熱成形およびパターニング
別の例では、熱および圧力によって得たシルクモノリスを熱成形およびパターニングに使用することができる。標準ＤＳＣを、１２５℃および６３２ＭＰａで得たシルクプレートで実施した（図１３、パネルＡ）。この材料は、９７℃のガラス転移温度（Ｔｇ）を示し、その後、１３７℃付近で結晶化による発熱ピークが続いた。シルクプレートには相当量のアモルファス構造（約７９％の非結晶性構造）が含まれており、このプレートのＴｇを超えて加熱されると柔軟になる。この熱軟化特性を利用して、予めプレスされたシルク材料を、ねじ、パターン、およびその他の複雑な形状などの所望の形状にさらに成形することができる（図１３、パネルＢ～Ｅ）。例えば、１０セント硬貨の特徴を再現するには、まず２００ｍｇのＡＳＮを７００ＭＰａに設定された１３ｍｍの型の中でプレスして小さなペレットを作成する。次に、ペレットを１０セント硬貨の上に置き、熱圧縮（１００ＭＰａ、１４０℃）して硬貨に模様をつける。図１３のパネル（Ｄ）は、模様をつけたシルク製硬貨の写真を示す。シルクプレートの透明性により、シルク硬貨の両面から成形されたパターンが見える。マイクロ／ナノ構造のパターニングは、この方法を使用しても実現することができる。図１３、パネル（Ｅ）は、ナノスケールのパターン化されたシルクフィルムのＳＥＭ画像を示す。
実施例６－設計された形状への機械加工に使用されるシルクモノリスのエンジニアリング
異なる加工条件を適用することにより、調整可能な分子構造を備えたシルクモノリスを製造することができる。より具体的には、βシート含有量の低いシルクモノリスは、９５℃および６３２ＭＰａで調製することができ、βシート含有量の高いシルクモノリスは１４５℃および６３２ＭＰａで調製することができる。シルクモノリスは、図１４のプロセスＡに示されるように、設計された形状にさらに機械加工することができる。この例では、シルクねじおよびイヤーチューブがシルクモノリスから機械加工された。さらに、分子構造の異なるシルクねじの膨潤性を調べるために、吸水試験をおこなった。
これらの生成物の膨潤および分解性は、加工条件を操作することによって制御することができる。一例では、シルクベースの骨ねじは、内部の分子構造の特徴（βシート含有量および結晶化度）を変化させるために異なる加工条件（９５℃および６３２ＭＰａ；１２５℃および６３２ＭＰａ；１４５℃および６３２ＭＰａ）で調製されたシルクバーを機械加工することによって製造した。分解プロファイルは、１４５℃での加工が時間の経過とともに酵素溶液中で最も遅い分解速度を提供し、シルクねじの分解性が調整可能であることを示した（図１５）。なお、９５℃および１２５℃で加工されたシルクねじは、５Ｕ／ｍＬプロテアーゼＸＩＶ溶液中で６０％を上回る重量損失を示し、３０日以内に急速に分解することが分かっている。さらに、３７℃のＰＢＳ中での吸水は、９５℃および１２５℃で調製されたシルクバーから機械加工されたシルクねじが１５分以内に急速に吸水し、最大で約３０重量％であることを示した（図１６、パネルＢ）。比較すると、１４５℃で調製されたシルクバーから機械加工されたシルクねじは、最大約２０重量％ではるかに遅い吸水を示した。これらの違いは、結晶含有量の根本的な制御を反映している。
さらに、分解試験により、結晶化度の高いシルクねじが３０日間にわたって、ＰＢＳと酵素溶液の両方で低い分解速度を提供する場合、シルクねじの分解性は調整可能であることが示された（図１５）。
実施例７－シルク－酵素複合材料をはじめとする複合材料の製造
前の実施例で説明した方法を拡張して、純粋なシルク材料以外の複合材料を製造することができる。複合材料には、数ある中でも、シルク－小分子系、シルク－高分子系、シルク－無機材料系、シルク－疎水性／親水性材料系、および／またはシルク－ナノ材料系が含まれ得る。一例では、乾燥シルク粉末を、シルクを分解する酵素であるプロテアーゼＸＩＶ粉末と混合して、シルク－酵素複合材料を作製した。プロテアーゼＸＩＶの比率は変化させた（０．２重量％、１．０重量％、５．０重量％）。次に、混合物を７００ＭＰａに設定した６ｍｍの型でプレスして小型のペレットを作製した。調製したペレットをメタノール中で４８時間インキュベートして、シルクにβシート構造を誘導し、機械的特性と耐水性を向上させた。
分解試験は３７℃のＰＢＳ溶液中で実施した。結果により、シルク材料の分解は、複合材料中のプロテアーゼＸＩＶの比率を変えることによって制御することができることが示された。例えば、プロテアーゼＸＩＶの負荷率が５重量％の場合、シルクは、３７℃のＰＢＳ溶液中で４日間インキュベートした後、６０重量％分解するが（図１７パネル（ａ））、プロテアーゼＸＩＶの負荷率は０．２重量％の場合、シルクは約３０重量％分解する。１４５℃および６３２ＭＰａでプレスしたシルクバーから機械加工された、０．５％プロテアーゼＸＩＶを含有するシルクねじの分解を観察した（図１６パネル（ｂ））。熱プレス（１４５℃および６３２ＭＰａ）の間、シルクが存在しなければ失われてしまう酵素の活性が、シルク／酵素系で維持されたことは注目に値する。これは、シルクが高温高圧で酵素を安定化することができることを示唆している。これらの方法は、制御可能な分解性を有するシルクベースのバルク材料を製造する能力を実証する。
シルクマトリックス／物品に添加される成分は、有機もしくは無機分子であってよい。成分は、シルク溶液を成分と混合した後、溶液を凍結乾燥することによってシルクマトリックスに組み込んでよい。成分は、限定されるものではないが、マイクロ／ナノ材料、例えば金属マイクロ／ナノ材料など、グラフェン、酸化グラフェン、および／またはヒドロキシアパタイトを含み得る。
成分を添加して繊維強化シルクマトリックス／物品を作り出してよい。天然または合成繊維は、記載される方法を使用することによってシルクマトリックスに組み込むことができる。天然繊維または合成繊維には、生シルク繊維、合成ナイロン繊維、および／または合成ポリマー繊維が含まれ得る。
実施例８－シルク－グラフェン複合材料をはじめとする複合材料の製造
この実施例では、凍結乾燥したシルク材料を使用して、シルク－グラフェン複合材料を製造した。グラフェンは疎水性であり、溶液法を用いて直接シルク－グラフェン複合材料を作製することは困難である。しかし、前の実施例に記載される方法を用いて、グラフェンとシルク粉末を固体状態で混合することによりシルク－グラフェン複合材料を形成した。一例では、グラフェンを、７０．０重量％の負荷率の微細なシルク粉末と混合した。次に、混合物を７００ＭＰａに設定した６ｍｍの型でプレスして圧縮されたシルク－グラフェンフィルムを作製した。調製されたままのシルクグラフェンフィルムは、導電性が高く、バイオエレクトロニクスの製造において大きな可能性を示す（図１８）。
実施例９－凍結乾燥シルクと固体シルク物品の構造の違いの調査
この実施例では、本明細書に記載される高温度および高圧に供された凍結乾燥シルクと固体シルク物品の特定の構造的特徴を調べた。
図１９パネル（Ａ）は、凍結乾燥シルク粉末のＳＥＭ画像を示す。１４５℃、６３２ＭＰａで１５分間プレスされたシルク物品の内部構造が図１９パネル（Ｂ）およびパネル（Ｃ）に示される。緩く凍結乾燥したシルク粉末は、固体のシルク物品に変化した。シルク物品の内部構造の拡大図（図１９パネルＣ）は、ナノメートル範囲の球状の特徴を明らかにした。これらの特徴は、天然のカイコとクモのシルク繊維の球状構造との類似性を示す。ＳＥＭ画像は、凍結乾燥した生のシルク材料が融合プロセスを受けることが、図１９のパネル（Ｂ）およびパネル（Ｃ）のプレスされたシルク物品になるための生のシルク粉末の単純な物理的圧縮ではないことを示している。シルクの分子コンフォメーションは、ランダムコイル／アモルファス状態から結晶性βシート構造に部分的に変化した。これらのプレスされたシルク物品の構造において観察された均一性のレベルは、以前の方法を使用することによって達成できなかったため、本明細書に記載される方法を使用することによってのみ可能であると思われる。
実施例１０－シルクを新しい材料に変換する方法
材料および化学物質。炭酸ナトリウム、臭化リチウム、プロテアーゼＸＩＶ、およびキモトリプシンは、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、ミズーリ州セントルイス）より購入し、受け取ったままの状態で使用した。
再生シルクフィブロイン調製物。Ｂｏｍｂｙｘ ｍｏｒｉ（Ｂ．ｍｏｒｉ）の繭を小片に切断し、０．０２Ｍ Ｎａ２ＣＯ３水溶液（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、ＵＳＡ）で３０分間煮沸した後、蒸留水ですすいでＮａ２ＣＯ３およびセリシンを除去した。脱ガムシルクを室温で一晩乾燥させた。乾燥したシルクを９．３Ｍ ＬｉＢｒ溶液に６０℃で３～４時間溶解させた。続いて、Ｓｌｉｄｅ－Ａ－Ｌｙｚｅｒ透析カセット（ＭＷＣＯ ３，５００、Ｐｉｅｒｃｅ、ＵＳＡ）を使用して、溶液を蒸留水中で３日間透析した。透析の間、水を５回交換した（１時間、４時間、８時間、２４時間、４８時間）。透析後、溶液を１３，０００ｒｐｍで１０分間遠心分離して不溶性不純物を除去した。最終シルク溶液の濃度は、溶液の量および最終乾燥重量（約６ｗ／ｖ％）を測定することによって決定した。溶液を蒸留水で希釈し、液体窒素で凍結させた。次に、凍結したシルクを完全に昇華するまで－８０℃で凍結乾燥した。凍結乾燥したシルクを微粉末に粉砕し、周囲乾燥条件で貯蔵して、以下の加工するステップで使用するまで凍結乾燥固体の再水和を防止した。
アモルファスシルクナノ材料（ＡＳＮ）のホットプレス。ＡＳＮを予め設計された型に詰め、続いて６３２ＭＰａおよび可変温度（２５℃、６５℃、９５℃、１２５℃、１４５℃、１７５℃）で１５分間ホットプレスした。ホットプレスした後、サンプルを室温まで冷却し、特性評価に使用した。
熱分析。シルクサンプルの熱分解を、５℃／分の走査速度でＮ２（９９．９９％）中３０～８００℃の熱重量分析（ＴＧＡ）によって測定した。すべての測定に関して、サンプルは加熱前に安定した重量に達するように炉内でＮ２下に保持された。示差走査熱量（ＤＳＣ）測定は、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｑ１００ ＤＳＣ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、デラウェア州ニューキャッスル）で、サンプルをアルミニウム鍋に封入し、５０ｍＬ／分の乾燥窒素ガス流下でおこなった。標準ＤＳＣと温度変調ＤＳＣ（ＴＭＤＳＣ）の両方の測定が実施された。標準ＤＳＣ測定では、サンプルは１０℃／分の加熱速度で－５０℃から２００℃に加熱された。ＴＭＤＳＣ測定では、サンプルは、変調周期６０秒、温度振幅１．５９℃で、１０℃／分で－５０℃から２００℃に加熱された。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）。足場の形態を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（Ｕｌｔｒａ５５電界放出型走査型電子顕微鏡、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ ＡＧ、ハーバード大学ナノスケールシステムセンター）によって特性評価した。ＳＥＭ画像を５ｋＶの電圧で収集し、サンプルを金の薄層でスパッタコーティングした。
フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）。フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）は、吸光度モードのＭＩＲａｃｌｅ減衰全反射率（ＡＴＲ）Ｇｅ結晶セルを備えたＪＡＳＣＯ ＦＴＩＲ６２００分光計（ＪＡＳＣＯ、東京、日本）でおこなった。各測定について、スペクトルは３２回のスキャンおよび４．０ｃｍ－１の分解能で記録された。タンパク質の二次構造の内容は、アミドＩ領域（１６００～１７００ｃｍ－１）でピークデコンボリューションを実施することによって決定された。ピークの数および位置は、二次微分スペクトルの結果から定義され、デコンボリューションプロセス中に固定された。帯域形状および帯域幅にはガウスモデルが選択され、ソフトウェアによって自動的に調整された。
Ｘ線回折。Ｘ線回折は、ＳＡＸＳＬＡＢ小角／広角Ｘ線散乱システム（ＭＩＴ材料科学工学センター）でおこなった。Ｘ線ビームの波長は１．５４０９Å、固定エネルギーは４５ｋＶであった。サンプルから検出器までの距離は１０９．１ｍｍであり、６０秒の露光時間を実験で使用した。
３点曲げ試験。Ｉｎｓｔｒｏｎ ３３６６試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ、Ｎｏｒｗｏｏｄ、米国）の曲げ試験モード、２５℃、ＲＨ５０％で、切り欠きのない乾燥試験片および湿潤試験片に対してそれぞれ０．２ｍｍ／分および２ｍｍ／分の負荷速度で３点曲げ試験をおこなった。試験片の長さは１２ｍｍ、幅は７ｍｍ、厚さは１ｍｍである。
インビトロ給水および膨潤試験。機械加工したシルクねじ（条件あたりｎ＝４）を３７℃のリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）にさまざまな時間（０分、１５分、６０分、３時間、２４時間、４８時間、７２時間、９日、１５日、および３０日）の間入れ、流体取り込みおよび膨潤を示す重量および直径の変化を観察した。表面の水分をキムワイプ（Ｋｉｍｂｅｒｌｙ－Ｃｌａｒｋ、米国）で拭くことによりサンプルから除去し、採取したサンプルの湿重量（Ｗｓ）および頭とねじの直径を測定した。給水率（％）を計算した。
吸水率（％）＝［（Ｗｓ－Ｗｄ）／Ｗｓ］×１００（１）
インビトロ酵素分解試験。機械加工したシルクねじ（条件あたりｎ＝３）を、ＰＢＳ中５Ｕ／ｍＬプロテアーゼＸＩＶおよび４０Ｕ／ｍＬキモトリプシンまたは陰性対照としてＰＢＳの２ｍＬ溶液中、３７℃でインキュベートした。溶液は２～３日おきに交換した。指定された時点（２日、５日、１０日、２０日、３０日）で、サンプル群をＤＩ水ですすぎ、乾燥させた後に秤量した。各サンプルの残りの質量を収集し、サンプルのＳＥＭ画像を収集した。
再生シルク水溶液（６重量％）のＮＭＲスペクトル。溶液ＮＭＲ実験を、５ｍｍの極低温ヘリウム冷却三重共鳴ＴＣＬ ＣｒｙｏＰｒｏｂｅを備えたＢｒｕｋｅｒ８５０ＭＨｚ Ａｖａｎｃｅ ＩＩＩＨＤ分光計で実施した。１Ｈ、１３Ｃ、および１５Ｎのラーモア周波数は、８５０．２８ＭＨｚ、２１３．８２ＭＨｚ、および８６．１７ＭＨｚであった。Ｄ２Ｏを含む密閉毛細管をＮＭＲロックに使用した。ＮＯＥＳＹは、混合時間１５０ｍｓ、１１ｐｐｍのスペクトル幅およびｔ１とｔ２の両方の次元、ｔ１とｔ２の次元の５１２と２０４８の複合点、１６スキャンおよび１秒の弛緩遅延で実施された。ＴＯＣＳＹは、混合時間６０ｍｓ、１１ｐｐｍのスペクトル幅およびｔ１とｔ２の両方の次元、ｔ１とｔ２の次元の５１２と２０４８の複合点、１６スキャンおよび１秒の弛緩遅延で実施された。１Ｈ－１３Ｃ ＨＳＱＣは、ｔ１で１６５．８ｐｐｍのスペクトル幅、ｔ２次元で１１ｐｐｍ、ｔ１とｔ２で２５６と１０２４の複合点、６４スキャンで収集された。１Ｈ－１５Ｎ ＨＳＱＣは、ｔ１で２８．０ｐｐｍのスペクトル幅、ｔ２次元で１１ｐｐｍ、ｔ１とｔ２で５１２と１０２４の複合点、３２スキャンで収集された。ＮＭＲデータは、ＭｅｓｔＲｅＮｏｖａを使用して処理し、分析した。図２０は、再生シルク水溶液（６重量％）の溶液ＮＭＲスペクトルを示す。
天然脱ガムシルクおよび凍結乾燥シルクの１３Ｃ交差分極マジック角スピニング（ＣＰ－ＭＡＳ）スペクトル。スペクトルを、二重共鳴（１Ｈ／１３Ｃ）モードで動作する３．２ｍｍ三重共鳴プローブを備えたＶａｒｉａｎ ＶＮＭＲＳ ４００ＭＨｚ分光計で収集した。１Ｈπ１３Ｃ ＣＰ－ＭＡＳ実験のＣＰ条件は、２．２５μｓ １Ｈπ／２パルスと、それに続く７０ｋＨｚ無線周波数（ｒｆ）電界強度の１．０ｍｓランプ（３％）１Ｈスピンロックパルスで構成された。実験は、すべてのサンプルについて、２５ｋＨｚの掃引幅、３．０秒のリサイクル遅延、８１９２スキャン、および２０ｋＨｚのＭＡＳ速度で９１ｋＨｚの２パルス位相変調（ＴＰＰＭ）１Ｈデカップリングレベルで実施した。図２３は、天然の脱ガムシルクおよび凍結乾燥したシルクの１３Ｃ交差分極マジック角スピニング（ＣＰ－ＭＡＳ）スペクトルを示す。
実施例１１－プロテアーゼＸＩＶドーピングの有りまたは無しでのシルクイヤーチューブのインビトロ分解分析
前の実施例で説明した方法を用いて、純粋なシルクおよびシルク－プロテアーゼＸＩＶ複合材料のイヤーチューブを製造した。イヤーチューブは、温度１２５℃および圧力６３２ＭＰａ；温度１４５℃および圧力６３２ＭＰａという２つの異なる条件下で調製された純粋なシルクおよびシルク－プロテアーゼＸＩＶ複合バルク材料から機械加工された。
分解試験は、３７℃のＰＢＳ溶液中、５分、１時間、３時間、６時間、２４時間、４８時間、７２時間のさまざまな時間で実施した。結果を図３０に示す。
参考文献。以下の参考文献のリストは、上記開示において、括弧内にある段落番号ではなく、参考文献の直前の番号によって識別される。
1. Altman, G. H. et al. Silk-based Biomaterials. Biomaterials 24, 401－416 (2003).
2. Kundu, B., Rajkhowa, R., Kundu, S. C. & Wang, X. Silk fibroin biomaterials for tissue regenerations. Advanced Drug Delivery Reviews 65, 457－470 (2013).
3. Koh, L.-D. et al. Structures, mechanical properties and applications of silk fibroin materials. Prog. Polym. Sci. 46, 86－110 (2015).
4. Vepari, C. & Kaplan, D. L. Silk as a biomaterial. Prog. Polym. Sci. 32, 991－1007 (2007).
5. Zhou, C. et al. Silk Fibroin: Structural Implications of a Remarkable Amino Acid Sequence. Proteins: Struct., Funct., Genet. 44, 119－122 (2001).
6. Marsh, R. E., Corey, R. B. & Pauling, L. An Investigation of the Structure of Silk Fibroin. Biochim. Biophys. Acta 16, 1－34 (1955).
7. Lefevre, T., Rousseau, M.-E. & Pezolet, M. Protein Secondary Structure and Orientation in Silk as Revealed by Raman Spectromicroscopy. Biophys. J. 92, 2885－2895 (2007).
8. Cebe, P. et al. Beating the Heat - Fast Scanning Melts Silk Beta Sheet Crystals. Sci. Rep. 3, 741－7 (2013).
9. Sidhu, M. S., Kumar, B. & Singh, K. P. The processing and heterostructuring of silk with light. Nat. Mater. 16, 938－945 (2017).
10. Pauling, L. & Corey, R. B. Configurations of Polypeptide Chains with Favored Orientations Around Single Bonds: Two New Pleated Sheets. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 37, 729－740 (1951).
11. Cheng, G., Wang, X., Tao, S., Xia, J. & Xu, S. Differences in regenerated silk fibroin prepared with different solvent systems: From structures to conformational changes. Journal of Applied Polymer Science 132, n/a－n/a (2015).
12. Um, I. C., Kweon, H., Park, Y. H. & Hudson, S. Structural characteristics and properties of the regenerated silk fibroin prepared from formic acid. Int. J. Biol. Macromol. 29, 91－97 (2001).
13. Ha, S.-W., Tonelli, A. E. & Hudson, S. Structural studies of Bombyx mori silk fibroin during regeneration from solutions and wet fiber spinning. Biomacromolecules 6, 1722－1731 (2005).
14. Trabbic, K. A. & Yager, P. Comparative structural characterization of naturally- and synthetically-spun fibers of Bombyx mori fibroin. Macromolecules 31, 462－471 (1998).
15. Ha, S.-W., Park, Y. H. & Hudson, S. Dissolution of Bombyx mori silk fibroin in the calcium nitrate tetrahydrate－methanol system and aspects of wet spinning of fibroin solution. Biomacromolecules 4, 488－496 (2003).
16. Rockwood, D. N. et al. Materials fabrication from Bombyx mori silk fibroin. Nat. Protoc. 6, 1612－1631 (2011).
17. Perrone, G. S. et al. The use of silk-based devices for fracture fixation. Nat. Commun. 5, 1－9 (2014).
18. Li, C. et al. Regenerated silk materials for functionalized silk orthopedic devices by mimicking natural processing. Biomaterials 110, 24－33 (2016).
19. Yamaguchi, K. et al. Primary Structure of the Silk Fibroin Light Chain Determined by cDNA Sequencing and Peptide analysis. J. Mol. Biol. 210, 127－139 (1989).
20. Wray, L. S. et al. Effect of processing on silk-based biomaterials: reproducibility and biocompatibility. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 99, 89－101 (2011).
21. Marelli, B. et al. Programming function into mechanical forms by directed assembly of silk bulk materials. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, 451－456 (2017).
22. Kluge, J. A., Kahn, B. T., Brown, J. E., Omenetto, F. G. & Kaplan, D. L. Optimizing molecular weight of lyophilized silk as a shelf-stable source material. ACS Biomater. Sci. Eng. 2, 595－605 (2016).
23. Hu, X., Kaplan, D. & Cebe, P. Determining Beta-Sheet Crystallinity in Fibrous Proteins by Thermal Analysis and Infrared Spectroscopy. Macromolecules 39, 6161－6170 (2006).
24. Lu, Q. et al. Silk Self-Assembly Mechanisms and Control From Thermodynamics to Kinetics. Biomacromolecules 13, 826－832 (2012).
25. Koebley, S. R. et al. Silk Reconstitution Disrupts Fibroin Self-Assembly. Biomacromolecules 16, 2796－2804 (2015).
26. Krywka, C., Krasnov, I., Figuli, R., Burghammer, M. & Mueller, M. Determination of silkworm silk fibroin compressibility using high hydrostatic pressure with in situ X-ray microdiffraction. Macromolecules 47, 7187－7193 (2014).
27. Hu, X.; Kaplan, D.; Cebe, P. Thermochim. Acta 2007, 461 (1-2), 137－144.
28. Hu, X.; Kaplan, D.; Cebe, P. Macromolecules 2008, 41, 3939－3948.
同等物および範囲。本明細書中の変数の任意の定義における要素のリストの列挙には、リストされた要素の任意の単一の要素または組合せ（またはサブコンビネーション）としてのその変数の定義が含まれる。本明細書中の実施形態の列挙には、その実施形態が任意の単一の実施形態として、あるいは任意の他の実施形態またはその一部との組合せとして含まれる。当業者は、本明細書に記載される本発明の特定の実施形態に対する多くの同等物を認識するか、または日常的な実験のみを使用して確認できるであろう。本発明の範囲は、上記の説明に限定されることを意図するものではなく、以下の特許請求の範囲に記載される通りである。
Claims (39)
- （ｉ）実質的にアモルファス構造を含むシルクフィブロイン材料を提供するステップと；
（ｉｉ）シルクフィブロイン物品を形成するために前記シルクフィブロイン材料に少なくとも１つの高温および高圧を印加するステップとを含む方法であって、前記印加するステップは、少なくとも一部の前記シルクフィブロインと、前記シルクフィブロイン材料中のフィブロインの構造変化との間の融合を誘導する、方法。 - （ｉ）所望の結晶化度および所望の材料特性の所望のシルクフィブロイン物品を生産するための高温および高圧を選択するステップと；
（ｉｉ）シルクフィブロイン物品を形成するために、実質的にアモルファス構造を含むシルクフィブロイン材料に前記高温および前記高圧を印加するステップとを含む方法であって、前記シルクフィブロイン物品は、前記所望の結晶化度および前記所望の材料特性を有する、方法。 - 前記印加するステップが、少なくとも一部の前記シルクフィブロインと、前記シルクフィブロイン材料中のフィブロインの構造変化との間の融合を誘導する、請求項２に記載の方法。
- 前記印加するステップが、前記シルクフィブロイン材料への高温と高圧の両方の適用を含む、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が実質的に均質である、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が、約１０％（ｗ／ｗ）またはそれ以上の量のシルクを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記印加するステップが、熱プレスであるか、またはそれを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱プレスが、少なくとも１ＭＰａの圧力で行われる、請求項７に記載の方法。
- 前記熱プレスが、２５℃～２００℃の間の温度で行われる、請求項７または８に記載の方法。
- 前記方法が、所望の結晶化度および所望の材料特性を生成するために、前記シルクフィブロイン材料に含める可塑剤の量を選択するステップ、および前記選択された量で前記シルクフィブロイン材料に前記可塑剤を含めるステップをさらに含み、前記可塑剤が必要に応じて水である、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記高温および高圧が同時に印加される、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 高圧が印加された後に高温が前記シルクフィブロイン材料に印加される、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記印加するステップが型の中で行われる、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記印加するステップが型の中で行われない、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品を加工するステップをさらに含む、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 加工するステップが、機械加工、旋削、圧延、ねじ転造、孔あけ、フライス加工、サンディング、パンチング、ダイカット、押出し、化学エッチング、コーティング、成形、およびそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つであるか、またはそれらを含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が、フィルム、繊維、メッシュ、針、チューブ、プレート、ねじ、ロッドまたは任意の所望の形状であるか、またはそれらを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記印加するステップが、シルクフィブロインの構造変化をもたらし、前記印加するステップの前の前記シルクフィブロイン材料中のβシートのレベルと比較して少なくとも１％の増加を伴うβシート構造を誘導する、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が実質的に透明である、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が、マクロパターニング、マイクロパターニングおよびナノパターニングの少なくとも１つに供されている、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が少なくとも１つの添加剤を含む、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン材料が、前記印加するステップの前に、少なくとも１つの添加剤と混合されて、複合シルクフィブロイン物品を形成する、請求項２１に記載の方法。
- 前記添加剤が、有機もしくは無機分子、有機高分子、無機高分子、生体高分子、例えば、ペプチドおよびタンパク質；導電性材料、炭素系材料、抗体およびその抗原結合フラグメント；抗原；核酸；核酸類似体および誘導体；糖類；免疫原；天然化合物、および細胞、細菌、または組織などの生物学的システムからの抽出物；合成材料；金属材料；合金；疎水性材料；親水性材料；ナノ材料；およびそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つであるか、またはそれらを含む。請求項２１または２２に記載の方法。
- 有機高分子が、少なくとも１つの酵素、例えばプロテアーゼであるか、またはそれを含む、請求項２３に記載の方法。
- 前記酵素の前記活性が、高温および圧力下のシルクによって安定化される、請求項２４に記載の方法。
- 前記プロテアーゼが、プロテアーゼＸＩＶ、プロテイナーゼＫ、α－キモトリプシン、コラゲナーゼ、マトリックスメタロプロテイナーゼ－１（ＭＭＰ－１）およびＭＭＰ－２のうちの１つまたは複数であるか、またはそれらを含む、請求項２４または２５に記載の方法。
- 導電性材料が、無機導電性材料（例えば、銀、金、酸化鉄）、有機導電性材料（例えば、グラフェン）、金属、合金、半導体材料および／または共役ポリマーであるか、またはそれらを含む、請求項２３に記載の方法。
- 前記添加剤が、０．００１重量％～９５．０重量％の間の割合で前記シルクフィブロイン材料と混合される、請求項２２～２７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が、３７℃で水性環境に３０日間曝された後、少なくとも１重量％分解する、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が生体吸収性である、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シルクフィブロイン物品が熱成形特性を有し、高温または高圧で所望の形状に再成形することができる、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記実質的にアモルファス構造を含むシルクフィブロイン材料のβシート含有量が、６０％またはそれ未満、５０％またはそれ未満、４０％またはそれ未満、３０％またはそれ未満、２０％またはそれ未満、１０％またはそれ未満、５％またはそれ未満、あるいは１％またはそれ未満である、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項１～３２のいずれか一項に記載の方法によって得られるシルクフィブロイン物品。
- 前記シルクフィブロイン物品が、包装材料であるか、またはそれらを含む、請求項３３に記載の物品。
- 前記包装材料が、電子デバイス、薬物送達システム、パターニング、成形、およびそれらの任意の組合せの製造での使用に適している、請求項３４に記載の物品。
- 先行する請求項のいずれか一項に記載のステップを含む方法によって作製されたシルクフィブロイン物品であって；前記シルクフィブロイン材料が、一緒に融合されている少なくとも一部の前記シルクフィブロインを含む、シルクのコンフォメーション変化を受けた固体シルク物品に変換されている、シルクフィブロイン物品。
- 半結晶性シルクフィブロインを含むシルクフィブロイン物品であって、前記シルクフィブロイン物品のガラス転移温度が約４０℃～１２０℃の間である、シルクフィブロイン物品。
- 前記シルクフィブロイン物品が実質的に均質である、請求項３３～３７のいずれか一項に記載のシルクフィブロイン物品。
- 前記シルクフィブロイン物品の前記曲げ強度が少なくとも５ＭＰａであり、シルクフィブロイン物品の実質的に全体の密度は、少なくとも１．２０ｇ／ｃｍ３である、請求項３３～３８のいずれか一項に記載のシルクフィブロイン物品。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862743975P | 2018-10-10 | 2018-10-10 | |
| US62/743,975 | 2018-10-10 | ||
| PCT/US2019/055736 WO2020117368A2 (en) | 2018-10-10 | 2019-10-10 | Compression and heat-assisted production of silk-based materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022504694A true JP2022504694A (ja) | 2022-01-13 |
Family
ID=70973656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021519824A Pending JP2022504694A (ja) | 2018-10-10 | 2019-10-10 | シルクベースの材料の圧縮および熱で支援される生産 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210381129A1 (ja) |
| EP (1) | EP3863679A4 (ja) |
| JP (1) | JP2022504694A (ja) |
| CN (1) | CN113412308A (ja) |
| AU (1) | AU2019392088A1 (ja) |
| CA (1) | CA3115990A1 (ja) |
| WO (1) | WO2020117368A2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW202144386A (zh) * | 2020-02-12 | 2021-12-01 | 美商保爾特紡織品公司 | 重組絲固體及膜 |
| CN113292751A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-24 | 深圳市银宝山新科技股份有限公司 | 一种高强度丝素蛋白膜的制备方法 |
| CN114404674B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-02-28 | 点云生物(杭州)有限公司 | 一种生物相容性良好的可降解界面螺钉及其制备方法 |
| WO2024043926A1 (en) * | 2022-08-22 | 2024-02-29 | Canon Virginia, Inc. | Base material for silk fibroin molded body and the manufacturing method |
| WO2024043927A1 (en) * | 2022-08-22 | 2024-02-29 | Canon Virginia, Inc. | Base material for silk fibroin molded body and the manufacturing method |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3686101B2 (ja) * | 1994-05-17 | 2005-08-24 | 出光興産株式会社 | 絹フィブロイン超微粉末含有熱可塑性樹脂組成物の成形品及び複合成形品 |
| WO2005103158A1 (ja) * | 2004-04-20 | 2005-11-03 | Nippon Shinyaku Co., Ltd. | 絹フィブロインフィルム |
| WO2011026101A2 (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | Trustees Of Tufts College | Silk transistor devices |
| US11376329B2 (en) * | 2013-03-15 | 2022-07-05 | Trustees Of Tufts College | Low molecular weight silk compositions and stabilizing silk compositions |
| EP4180448A1 (en) * | 2013-03-15 | 2023-05-17 | Trustees of Tufts College | Low molecular weight silk compositions and stabilizing silk compositions |
| EP3004327A4 (en) * | 2013-05-24 | 2017-01-11 | Tufts University | Interface control of semi-crystalline biopolymer films |
| US20160237128A1 (en) * | 2013-09-27 | 2016-08-18 | Tufts University | Optically transparent silk hydrogels |
-
2019
- 2019-10-10 WO PCT/US2019/055736 patent/WO2020117368A2/en unknown
- 2019-10-10 CA CA3115990A patent/CA3115990A1/en active Pending
- 2019-10-10 EP EP19893001.8A patent/EP3863679A4/en active Pending
- 2019-10-10 JP JP2021519824A patent/JP2022504694A/ja active Pending
- 2019-10-10 CN CN201980081275.3A patent/CN113412308A/zh active Pending
- 2019-10-10 US US17/309,005 patent/US20210381129A1/en active Pending
- 2019-10-10 AU AU2019392088A patent/AU2019392088A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3863679A2 (en) | 2021-08-18 |
| US20210381129A1 (en) | 2021-12-09 |
| WO2020117368A3 (en) | 2020-07-02 |
| EP3863679A4 (en) | 2022-07-20 |
| CN113412308A (zh) | 2021-09-17 |
| CA3115990A1 (en) | 2020-06-11 |
| AU2019392088A1 (en) | 2021-05-20 |
| WO2020117368A2 (en) | 2020-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2022504694A (ja) | シルクベースの材料の圧縮および熱で支援される生産 | |
| Ahammed et al. | Improvement of the water resistance and ductility of gelatin film by zein | |
| Tao et al. | Structure and properties of regenerated Antheraea pernyi silk fibroin in aqueous solution | |
| Su et al. | Enhancing mechanical properties of silk fibroin hydrogel through restricting the growth of β-sheet domains | |
| Crivelli et al. | Silk nanoparticles: From inert supports to bioactive natural carriers for drug delivery | |
| Pereira et al. | Bombyx mori silk fibers: an outstanding family of materials | |
| Moreira et al. | Thermogelling chitosan–collagen–bioactive glass nanoparticle hybrids as potential injectable systems for tissue engineering | |
| Cai et al. | Preparation and characterization of homogeneous chitosan–polylactic acid/hydroxyapatite nanocomposite for bone tissue engineering and evaluation of its mechanical properties | |
| Chang et al. | Fabrication and properties of chitin/hydroxyapatite hybrid hydrogels as scaffold nano-materials | |
| Teimouri et al. | Preparation, characterization, degradation and biocompatibility of different silk fibroin based composite scaffolds prepared by freeze-drying method for tissue engineering application | |
| Foss et al. | Silk fibroin/hyaluronic acid 3D matrices for cartilage tissue engineering | |
| Chen et al. | 3D Porous poly (lactic acid)/regenerated cellulose composite scaffolds based on electrospun nanofibers for biomineralization | |
| Mahmood et al. | Preparation and characterization of cockle shell aragonite nanocomposite porous 3D scaffolds for bone repair | |
| DeBari et al. | Microscopic considerations for optimizing silk biomaterials | |
| Wang et al. | Protein composites from silkworm cocoons as versatile biomaterials | |
| Guan et al. | Nanoreinforced hemicellulose-based hydrogels prepared by freeze–thaw treatment | |
| Weska et al. | Effect of freezing methods on the properties of lyophilized porous silk fibroin membranes | |
| US20230416979A1 (en) | Silk-based articles having decreased water uptake and improved mechanical properties, and methods of making and using the same | |
| Yang et al. | Ultrasound-assisted air-jet spinning of silk fibroin-soy protein nanofiber composite biomaterials | |
| Khashkhashi-Moghadam et al. | Fabrication of versatile and sustainable cellulose nanocrystals from lettuce stalks as potential tamoxifen delivery vehicles for breast cancer treatment: biophysical, cellular and theoretical studies | |
| Golshayan et al. | Evaluation of the effects of glucosamine sulfate on poly (3-hydroxybutyrate)-chitosan/carbon nanotubes electrospun scaffold for cartilage tissue engineering applications | |
| Ran et al. | Developing exquisite collagen fibrillar assemblies in the presence of keratin nanoparticles for improved cellular affinity | |
| He et al. | Novel hydroxyapatite/tussah silk fibroin/chitosan bone-like nanocomposites | |
| CN113332498B (zh) | 丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料及其制备方法和应用 | |
| Huang et al. | Advances in preparation and properties of regenerated silk fibroin |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221007 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230914 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230915 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20231214 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20240213 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240315 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240514 |