JP5883271B2 - Method for producing artificial polypeptide ultrafine fiber - Google Patents

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本発明は合成タンパク質繊維の一種である人造ポリペプチド極細繊維の製造方法に関する。
The present invention relates to a process for the production of artificial polypeptide microfine textiles, which is a kind of synthetic protein fibers.

クモ糸繊維は、高い強度とタフネスを有する繊維であり、高張力鋼、ナイロン6繊維、アラミド繊維、炭素繊維などよりも高い強度とタフネスを有することが知られている。加えて、石油を原料とせず、原料をバイオマス化できる利点もある。人工クモ糸繊維もいくつか提案されており、例えば特許文献1には合成タンパク質紡糸溶液を、湿式紡糸し、90%メタノールからなる凝固浴中に押し出して繊維とすることが提案されている。特許文献2には湿式紡糸し、200MPaまたはそれ以上の引張強度を有する本繊維が提案されている。非特許文献1には、湿式紡糸し、メタノール浴と水浴で延伸倍率5倍により強度1.91〜2.26g/d、伸度43.4〜59.6%の延伸糸が開示されている。非特許文献2には湿式紡糸し、延伸倍率を5倍とすることにより応力600MPa、伸度25%の延伸糸が開示されている。非特許文献3には、湿式紡糸した未延伸糸をスチーム中に5分間滞留させて5倍に延伸させることにより応力280〜350MPa、伸度30〜40%の延伸糸が開示されている。   The spider fiber is a fiber having high strength and toughness, and is known to have higher strength and toughness than high-strength steel, nylon 6 fiber, aramid fiber, carbon fiber and the like. In addition, there is an advantage that the raw material can be converted to biomass without using petroleum. Some artificial spider silk fibers have also been proposed. For example, Patent Document 1 proposes that a synthetic protein spinning solution is wet-spun and extruded into a coagulation bath composed of 90% methanol to obtain fibers. Patent Document 2 proposes the present fiber which is wet-spun and has a tensile strength of 200 MPa or more. Non-Patent Document 1 discloses a drawn yarn having a strength of 1.91 to 2.26 g / d and an elongation of 43.4 to 59.6% by wet spinning and a draw ratio of 5 in a methanol bath and a water bath. . Non-Patent Document 2 discloses a drawn yarn having a stress of 600 MPa and an elongation of 25% by wet spinning and setting the draw ratio to 5 times. Non-Patent Document 3 discloses a drawn yarn having a stress of 280 to 350 MPa and an elongation of 30 to 40% by retaining a wet-spun undrawn yarn in steam for 5 minutes and drawing it five times.

しかし、従来の人工クモ繊維は湿式紡糸によって製造されており、湿式紡糸法では、極細繊維を得ることは困難であり、とりわけ直径8μm(単繊維繊度で約1deci tex)以下の繊維を安定して得ることは困難であった。   However, conventional artificial spider fibers are manufactured by wet spinning, and it is difficult to obtain ultrafine fibers by the wet spinning method. Particularly, fibers having a diameter of 8 μm (single fiber fineness of about 1 deci tex) or less are stably used. It was difficult to get.

特表2004−503204号公報JP-T-2004-503204 特表2009−521921号公報Special table 2009-521921

Anthoula Lazaris,et.al.,"Spider Silk Fiber Spun from Soluble Recombinant Silk Produced in Mammalian Cells",Science,295,p472,2002年1月18日Anthoula Lazaris, et.al., "Spider Silk Fiber Spun from Soluble Recombinant Silk Produced in Mammalian Cells", Science, 295, p472, January 18, 2002 Xiao-Xia Xia,et.al.,"Native-sized recombinant spider silk protein produced in metabolically engineered Escherichia coil results in a strong fiber",PNAS,vol.107,No.32,p14059-14063,2010年8月10日Xiao-Xia Xia, et.al., "Native-sized recombinant spider silk protein produced in metabolically engineered Escherichia coil results in a strong fiber", PNAS, vol. 107, No. 32, p14059-14063, August 10, 2010 Day M. Elice,et.al.,"Bioinspired Fibers Follow the Track of Natural Spider Silk",Macromolecules,Vol. 44,No.5,p1166-1176,2011年4月2日M. Elice, et.al., "Bioinspired Fibers Follow the Track of Natural Spider Silk", Macromolecules, Vol. 44, No. 5, p1166-1176, April 2, 2011

本発明は前記従来の問題を解決するため、単繊維直径の細い人造ポリペプチド極細繊維の製造方法を提供する。
The present invention for solving the above conventional problems, to provide a method for manufacturing a thin artificial polypeptide microfine textiles of single fiber diameters.

本発明の人造ポリペプチド極細繊維シートの製造方法は、天然クモ糸タンパク質(spider silk proteins)に由来するポリペプチドを含む紡糸液をエレクトロスピニングして得られる人造ポリペプチド極細繊維シートの製造方法であって、前記ポリペプチドを溶媒に溶解して紡糸液とする工程と、前記紡糸液を、電圧をかけた口金からエレクトロスピニングにより吐出させて繊維形成する工程と、減圧乾燥により前記繊維から溶媒を脱離させる工程を含み、前記極細繊維の単繊維の平均直径は1μm以下であり、かつ前記極細繊維の単繊維直径は、0.1〜1μmの間で変動しており、前記極細繊維自体の絡み合いによりシートとすることを特徴とする。
Method for producing artificial polypeptide microfibrous sheet of the invention, a method for making a human-forming polypeptide microfibrous sheet a spinning solution that is obtained by electrospinning comprising a polypeptide derived from nature spider silk protein (spider silk proteins) A step of dissolving the polypeptide in a solvent to form a spinning solution ; a step of forming the fiber by discharging the spinning solution from a base to which voltage is applied by electrospinning; The average diameter of single fibers of the ultrafine fibers is 1 μm or less, and the single fiber diameter of the ultrafine fibers varies between 0.1 and 1 μm, and the ultrafine fibers themselves It is characterized by making it a sheet | seat by entanglement of .

本発明は、天然クモ糸タンパク質に由来するポリペプチドを溶媒に溶解させた紡糸液を、電圧をかけた口金からエレクトロスピニングにより吐出させて繊維形成し、前記繊維から溶媒を脱離させることにより、湿式紡糸法では得ることができない極細繊維を得ることができる。   The present invention is to form a fiber by discharging a spinning solution in which a polypeptide derived from a natural spider silk protein is dissolved in a solvent by electrospinning from a base to which voltage is applied, and by detaching the solvent from the fiber, Ultrafine fibers that cannot be obtained by wet spinning can be obtained.

図1は本発明の一実施例のエレクトロスピニング装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は本発明の別の実施例のエレクトロスピニング装置の説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention. 図3は本発明の実施例1で得られた人造ポリペプチド極細繊維シートの応力−変位(ひずみ)曲線である。FIG. 3 is a stress-displacement (strain) curve of the artificial polypeptide ultrafine fiber sheet obtained in Example 1 of the present invention. 図4は本発明の実施例2で得られた人造ポリペプチド極細繊維シートの応力−変位(ひずみ)曲線である。FIG. 4 is a stress-displacement (strain) curve of the artificial polypeptide ultrafine fiber sheet obtained in Example 2 of the present invention. 図5は本発明の実施例2で得られた人造ポリペプチド極細繊維シートの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the artificial polypeptide ultrafine fiber sheet obtained in Example 2 of the present invention.

(1)ポリペプチド
本発明においては、原料として天然型クモ糸タンパク質に由来するポリペプチドを用いる。前記ポリペプチドは、天然型クモ糸タンパク質に由来するものであればよく、特に限定されない。前記ポリペプチドは、強靭性に優れるという観点からクモの大瓶状線で産生される大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するポリペプチドであることが好ましい。前記大吐糸管しおり糸タンパク質としては、アメリカジョロウグモ(Nephila clavipes)に由来する大瓶状線スピドロインMaSp1やMaSp2、二ワオニグモ(Araneus diadematus)に由来するADF3やADF4などが挙げられる。前記大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するポリペプチドは、大吐糸管しおり糸タンパク質の変異体、類似体又は誘導体などを含む。
(1) Polypeptide In the present invention, a polypeptide derived from a natural spider silk protein is used as a raw material. The polypeptide is not particularly limited as long as it is derived from a natural spider silk protein. From the viewpoint of excellent toughness, the polypeptide is preferably a polypeptide derived from a large sputum bookmark thread protein produced in a spider large bottle-like line. Examples of the large sputum bookmark thread protein include large bottle-shaped spidroin MaSp1 and MaSp2 derived from the American spider spider (Nephila clavipes), ADF3 and ADF4 derived from the Araneus diadematus, and the like. The polypeptide derived from the large sputum bookmark thread protein includes a mutant, analog or derivative of the large sputum bookmark thread protein.

前記大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するポリペプチドとしては、式1:REP1−REP2(1)で示されるアミノ酸配列の単位を2以上、好ましくは5以上、より好ましくは10以上含むポリペプチドが挙げられる。或いは、前記大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するポリペプチドは、式1:REP1−REP2(1)で示されるアミノ酸配列の単位を含み、かつC末端配列が配列番号1〜3のいずれかに示されるアミノ酸配列又は配列番号1〜3のいずれかに示されるアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列であるポリペプチドであってもよい。なお、前記大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するポリペプチドにおいて、式(1):REP1−REP2(1)で示されるアミノ酸配列の単位は、同一であってもよく、異なっていてもよい。上記大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するポリペプチドは、大腸菌等の微生物を宿主とした組み換えタンパク質生産を行う場合、生産性の観点から、分子量が500kDa以下であることが好ましく、より好ましくは300kDa以下であり、さらに好ましくは200kDa以下である。   Examples of the polypeptide derived from the large sputum dragline protein include a polypeptide comprising 2 or more, preferably 5 or more, more preferably 10 or more amino acid sequence units represented by Formula 1: REP1-REP2 (1). Can be mentioned. Alternatively, the polypeptide derived from the large sputum dragline protein includes an amino acid sequence unit represented by Formula 1: REP1-REP2 (1), and the C-terminal sequence is any one of SEQ ID NOs: 1 to 3. The polypeptide may be an amino acid sequence shown or an amino acid sequence having 90% or more homology with the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 3. In addition, in the polypeptide derived from the large sputum dragline protein, the units of the amino acid sequence represented by the formula (1): REP1-REP2 (1) may be the same or different. From the viewpoint of productivity, the polypeptide derived from the large sputum bookmark thread protein preferably has a molecular weight of 500 kDa or less, more preferably 300 kDa, from the viewpoint of productivity when producing a recombinant protein using a microorganism such as Escherichia coli as a host. Or less, more preferably 200 kDa or less.

前記式(1)において、REP1は、ポリアラニンを意味しており、アラニンが連続して2〜20残基、より好ましくは3〜16残基、さらに好ましくは4〜12残基、最も好ましくは5〜8残基並んでいるアミノ酸配列である。前記式(1)において、REP2は、10〜200残基のアミノ酸からなるアミノ酸配列であり、前記アミノ酸配列中に含まれるグリシン、セリン、グルタミン及びアラニンの合計残基数がアミノ酸残基数全体に対して40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上である。   In the formula (1), REP1 means polyalanine, and alanine is continuously 2 to 20 residues, more preferably 3 to 16 residues, still more preferably 4 to 12 residues, most preferably It is an amino acid sequence in which 5 to 8 residues are arranged. In the formula (1), REP2 is an amino acid sequence consisting of 10 to 200 amino acids, and the total number of residues of glycine, serine, glutamine and alanine contained in the amino acid sequence is the total number of amino acid residues. On the other hand, it is 40% or more, preferably 60% or more, more preferably 70% or more.

大吐糸管しおり糸において、上記REP1は、繊維内で結晶βシートを形成する結晶領域に該当し、上記REP2は、繊維内でより柔軟性があり大部分が規則正しい構造を欠いている無定型領域に該当する。そして、上記[REP1−REP2]は、結晶領域と無定型領域からなる繰り返し領域(反復配列)に該当し、しおり糸タンパク質の特徴的配列である。   In the large discharge tube bookmark yarn, the REP1 corresponds to a crystal region forming a crystal β sheet in the fiber, and the REP2 is an amorphous type which is more flexible in the fiber and largely lacks a regular structure. Corresponds to the area. [REP1-REP2] corresponds to a repetitive region (repetitive sequence) composed of a crystal region and an amorphous region, and is a characteristic sequence of a bookmark thread protein.

配列番号1に示されるアミノ酸配列は、ADF3(GI:1263287)のアミノ酸配列のC末端の50残基のアミノ酸からなるアミノ酸配列と同一であり、配列番号2に示されるアミノ酸配列は、配列番号1に示されるアミノ酸配列のC末端から20残基取り除いたアミノ酸配列と同一であり、配列番号3に示されるアミノ酸配列は、配列番号1に示されるアミノ酸配列のC末端から29残基取り除いたアミノ酸配列と同一である。   The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is identical to the amino acid sequence consisting of 50 amino acids at the C-terminal of the amino acid sequence of ADF3 (GI: 1263287), and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 is identical to the amino acid sequence obtained by removing 20 residues from the C-terminus, and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 is the amino acid sequence obtained by removing 29 residues from the C-terminus of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. Is the same.

前記式1:REP1−REP2(1)で示されるアミノ酸配列の単位を含み、かつC末端配列が配列番号1〜3のいずれかに示されるアミノ酸配列又は配列番号1〜3のいずれかに示されるアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドとしては、例えば、配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドを用いることができる。配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドは、N末端に開始コドン、His10タグ及びHRV3Cプロテアーゼ(Human rhinovirus 3Cプロテアーゼ)認識サイトからなるアミノ酸配列(配列番号5)を付加したADF3のアミノ酸配列において、第1〜13番目の反復領域をおよそ2倍になるように増やすとともに、翻訳が第1154番目アミノ酸残基で終止するように変異させたものである。配列番号4に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドにおいて、C末端配列は、配列番号3に示すアミノ酸配列と同一である。   Formula 1: REP1-REP2 (1) is included, and the C-terminal sequence is represented by any one of SEQ ID NOS: 1-3 or SEQ ID NO: 1-3 As a polypeptide consisting of an amino acid sequence having 90% or more homology with the amino acid sequence, for example, a polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 can be used. The polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 is an amino acid sequence of ADF3 in which an amino acid sequence (SEQ ID NO: 5) consisting of a start codon, His10 tag and HRV3C protease (Human rhinovirus 3C protease) recognition site is added to the N-terminus. The first to thirteenth repetitive regions are increased so as to be approximately doubled, and the translation is mutated to terminate at the 1154th amino acid residue. In the polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, the C-terminal sequence is identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3.

また、前記式1:REP1−REP2(1)で示されるアミノ酸配列の単位を含み、かつC末端配列が配列番号1〜3のいずれかに示されるアミノ酸配列又は配列番号1〜3のいずれかに示されるアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドとしては、配列番号4に示されるアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、結晶領域と無定型領域からなる繰り返し領域を有するタンパク質を用いることができる。本発明において、「1若しくは複数個」とは、例えば、1〜40個、1〜35個1〜30個、1〜25個、1〜20個、1〜15個、1〜10個、又は1若しくは数個を意味する。また、本発明において、「1若しくは数個」は、1〜9個、1〜8個、1〜7個、1〜6個、1〜5個、1〜4個、1〜3個、1〜2個、又は1個を意味する。   In addition, the amino acid sequence comprising a unit of the amino acid sequence represented by the formula 1: REP1-REP2 (1) and the C-terminal sequence is represented by any one of SEQ ID NOs: 1 to 3, or any one of SEQ ID NOs: 1 to 3 As a polypeptide comprising an amino acid sequence having 90% or more homology with the amino acid sequence shown, one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 are substituted, deleted, inserted and / or added. A protein having an amino acid sequence and a repeating region consisting of a crystalline region and an amorphous region can be used. In the present invention, “one or more” means, for example, 1 to 40, 1 to 35, 1 to 30, 1 to 25, 1 to 20, 1 to 15, 1 to 10, or Mean one or several. In the present invention, “one or several” means 1-9, 1-8, 1-7, 1-6, 1-5, 1-4, 1-3, Means two or one.

配列番号9に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチド(以下において、ADF3kai−Fと記す。)は、ADF3のアミノ酸配列(GI:1263287)のN末端に開始コドン、His10タグ及びHRV3Cプロテアーゼ認識サイトからなるアミノ酸配列(配列番号5)が付加され、C末端から29個のアミノ酸残基が削除され、すなわちC末端に配列番号10に示されるアミノ酸配列が配置されたアミノ酸配列(配列番号7)において、第22、31及び32番目のGlnがLysに置換され、第26番目のアルギニン(Arg)がLysに置換されたものである。   A polypeptide comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 (hereinafter referred to as ADF3kai-F) comprises an initiation codon, His10 tag and HRV3C protease recognition site at the N-terminus of the amino acid sequence of ADF3 (GI: 1263287). In the amino acid sequence (SEQ ID NO: 7) in which the amino acid sequence (SEQ ID NO: 5) has been added and 29 amino acid residues have been deleted from the C terminus, ie, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 has been placed at the C terminus. The 22nd, 31st and 32nd Gln are replaced with Lys, and the 26th arginine (Arg) is replaced with Lys.

前記ポリペプチドは、ポリペプチドをコードする遺伝子を含有する発現ベクターで形質転換した宿主を用いて製造することができる。遺伝子の製造方法は特に制限されず、天然型クモ糸タンパク質をコードする遺伝子をクモ由来の細胞からポリメラーゼ連鎖反応(PCR)などで増幅しクローニングするか、若しくは化学的に合成する。遺伝子の化学的な合成方法も特に制限されず、例えば、NCBIのウェブデータベースなどより入手した天然型クモ糸タンパク質のアミノ酸配列情報をもとに、AKTA oligopilot plus 10/100(GEヘルスケア・ジャパン株式会社)などで自動合成したオリゴヌクレオチドをPCRなどで連結して合成することができる。この際に、タンパク質の精製や確認を容易にするため、上記のアミノ酸配列のN末端に開始コドン及びHis10タグからなるアミノ酸配列を付加したアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子を合成してもよい。上記発現ベクターとしては、DNA配列からタンパク質を発現し得るプラスミド、ファジー、ウイルスなどを用いることができる。上記プラスミド型発現ベクターとしては、宿主細胞内で目的の遺伝子が発現し、かつ自身が増幅することのできるものであればよく、特に限定されない。例えば宿主として大腸菌Rosetta(DE3)を用いる場合は、pET22b(+)プラスミドベクター、pColdプラスミドベクターなどを用いることができる。中でも、タンパク質の生産性の観点から、pET22b(+)プラスミドベクターを用いることが好ましい。上記宿主としては、例えば動物細胞、植物細胞、微生物などを用いることができる。   The polypeptide can be produced using a host transformed with an expression vector containing a gene encoding the polypeptide. The method for producing the gene is not particularly limited, and a gene encoding a natural spider silk protein is amplified and cloned from a spider-derived cell by polymerase chain reaction (PCR) or the like, or chemically synthesized. The method for chemically synthesizing the gene is not particularly limited. For example, based on the amino acid sequence information of the natural spider silk protein obtained from the NCBI web database, etc., AKTA oligopilot plus 10/100 (GE Healthcare Japan Co., Ltd.) Oligonucleotides automatically synthesized by a company) can be synthesized by ligation by PCR or the like. At this time, in order to facilitate the purification and confirmation of the protein, a gene encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which an amino acid sequence consisting of a start codon and a His10 tag is added to the N terminus of the above amino acid sequence may be synthesized. . As the expression vector, a plasmid, fuzzy, virus or the like capable of expressing a protein from a DNA sequence can be used. The plasmid type expression vector is not particularly limited as long as it can express the target gene in the host cell and can be amplified by itself. For example, when Escherichia coli Rosetta (DE3) is used as a host, a pET22b (+) plasmid vector, a pCold plasmid vector, or the like can be used. Among these, it is preferable to use a pET22b (+) plasmid vector from the viewpoint of protein productivity. As the host, for example, animal cells, plant cells, microorganisms and the like can be used.

(2)紡糸液
紡糸液(ドープ液)は、前記ポリペプチドに溶媒を加え、紡糸できる粘度に調整して作成する。例えば前記ポリペプチドがニワオニグモに由来する場合、溶媒は前記ポリペプチドを溶解することができるものであればどのようなものでも良い。一例としてヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)、ヘキサフルオロアセトン(HFA)、蟻酸、尿素、グアニジン、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、臭化リチウム、塩化カルシウム、チオシアン酸リチウム等を含む水溶液等などを溶媒とし、適量加えて溶液粘度を100〜10,000cP(センチポイズ)とする。これを紡糸液とする。アルカリ金属ハロゲン化物は、LiCl,NaCl等がある。
(2) Spinning solution The spinning solution (dope solution) is prepared by adding a solvent to the polypeptide and adjusting the viscosity to allow spinning. For example, when the polypeptide is derived from a Dwarf Spider, any solvent can be used as long as it can dissolve the polypeptide. Examples include hexafluoroisopropanol (HFIP), hexafluoroacetone (HFA), formic acid, urea, guanidine, sodium dodecyl sulfate (SDS), lithium bromide, calcium chloride, lithium thiocyanate, etc. In addition, the solution viscosity is 100 to 10,000 cP (centipoise). This is the spinning solution. Examples of the alkali metal halide include LiCl and NaCl.

(3)エレクトロスピニング
エレクトロスピニング法(静電紡糸法)は、供給側電極(紡糸口金と兼用できる)と捕集側電極(例えば金属ロール又は金属ネット等)間に電圧を印加し、紡糸口金から押し出したドープ液に電荷を与えて捕集側電極に吹き飛ばす。この際にドープ液は伸張されて繊維形成される。本発明において、好ましい印加電圧は、5〜100kVであり、さらに好ましくは10〜50kVである。電圧が5kV未満であると、雰囲気中の空間(電極間)において電極間の抵抗があるため、電子の流れが悪くなり、ドープ液が帯電しにくくなる。また、100kVを超えると、電極間でスパークがおこり、ドープ液に引火する恐れがある。電極間距離は1〜25cmが好ましく、さらに好ましくは2〜20cmである。電極間距離が1cm未満であると電極間でスパークが起こりやすくなり、ドープ液に引火する恐れがあり、25cmを超えると、電極間の抵抗が高くなり、電子の流れが妨げられ、ドープ液が帯電しにくくなる。
(3) Electrospinning The electrospinning method (electrostatic spinning method) applies a voltage between a supply-side electrode (which can also be used as a spinneret) and a collection-side electrode (for example, a metal roll or a metal net). An electric charge is applied to the extruded dope solution and blown off to the collection side electrode. At this time, the dope solution is stretched to form fibers. In the present invention, a preferable applied voltage is 5 to 100 kV, more preferably 10 to 50 kV. When the voltage is less than 5 kV, there is resistance between the electrodes in the space (between the electrodes) in the atmosphere, so that the flow of electrons becomes poor and the dope solution is difficult to be charged. On the other hand, if it exceeds 100 kV, sparking occurs between the electrodes, and the dope solution may be ignited. The distance between the electrodes is preferably 1 to 25 cm, more preferably 2 to 20 cm. If the distance between the electrodes is less than 1 cm, sparks are likely to occur between the electrodes, and the dope solution may be ignited. If it exceeds 25 cm, the resistance between the electrodes is increased, the flow of electrons is hindered, It becomes difficult to be charged.

図1は本発明の一実施例のエレクトロスピニング装置10の説明図である。まず金属製口金ノズル3と金属製ロール4との間に電源5により電圧をかけておく。マイクロシリンジ1内にドープ液2を入れておき、シリンジポンプを用いて矢印P方向に移動させ、金属製口金ノズル3からドープ液2を押し出し、電荷によってドープ液を吹き飛ばし繊維状物6にして金属ロール4の表面に堆積すると同時に巻き上げる。7は巻き上げられたシート状(不織布状)極細繊維である。シート状(不織布状)極細繊維は、次に溶媒を脱離する。溶媒を脱離する方法は、減圧乾燥又は脱溶媒槽への浸漬であることが好ましい。   FIG. 1 is an explanatory diagram of an electrospinning apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. First, a voltage is applied by a power source 5 between the metal base nozzle 3 and the metal roll 4. The dope solution 2 is placed in the microsyringe 1 and moved in the direction of arrow P using a syringe pump, the dope solution 2 is pushed out from the metal nozzle 3, and the dope solution is blown off by electric charge to form a fibrous material 6. It rolls up simultaneously with depositing on the surface of the roll 4. Reference numeral 7 denotes a wound sheet-like (nonwoven fabric) ultrafine fiber. The sheet-like (nonwoven fabric) ultrafine fibers then desorb the solvent. The method for desorbing the solvent is preferably drying under reduced pressure or immersion in a solvent removal tank.

図2は本発明の別の実施例のエレクトロスピニング装置20の説明図である。図1と異なる点は、捕集側電極として金属ネット8を使用した点である。供給側電極の紡糸口金ノズル3と金属ネット8との間に電圧をかけ、電荷によってドープ液を伸張し繊維状物6にして金属製ネット8の表面に堆積させる。9は堆積されたシート状(不織布状)極細繊維である。シート状(不織布状)極細繊維は、次に溶媒を脱離する。溶媒を脱離する方法は、減圧乾燥又は脱溶媒槽への浸漬であることが好ましい。金属製ネットを使用する利点は、様々な形状の金属製ネットを使用できる点にある。例えばお椀状、ボール状、波状等、ネット自体の形状に沿ってシート状(不織布状)極細繊維を形成できる。本発明の繊維は極細であることから繊維自体が絡み合い、シートを形成している。   FIG. 2 is an explanatory diagram of an electrospinning apparatus 20 according to another embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that a metal net 8 is used as a collection-side electrode. A voltage is applied between the spinneret nozzle 3 of the supply side electrode and the metal net 8, and the dope solution is stretched by electric charges to form a fibrous material 6, which is deposited on the surface of the metal net 8. Reference numeral 9 denotes a deposited sheet-like (non-woven fabric) ultrafine fiber. The sheet-like (nonwoven fabric) ultrafine fibers then desorb the solvent. The method for desorbing the solvent is preferably drying under reduced pressure or immersion in a solvent removal tank. The advantage of using a metal net is that metal nets of various shapes can be used. For example, a sheet-like (non-woven fabric) ultrafine fiber can be formed along the shape of the net itself, such as a bowl shape, a ball shape, and a wave shape. Since the fibers of the present invention are extremely fine, the fibers themselves are intertwined to form a sheet.

本発明の人造ポリペプチド繊維は平均直径が1μm以下であり、0.1〜1μmの範囲が好ましい。前記の範囲であれば安定して繊維を得ることができる。より好ましい平均直径は0.2〜0.9μmの範囲、さらに好ましくは0.3〜0.8μmの範囲である。また、本発明の極細繊維の単繊維直径は、0.1〜1μmの間で変動している。これはエレクトロスピニング特有の現象である。本発明の繊維の比重は1.34である。繊度(単位:texまたはdeci tex)を算出する場合は、繊維断面が丸の場合は前記繊維直径から計算される断面積と比重と長さから算出する。なお、本発明の人造ポリペプチド繊維は、断面が円形とは限らず様々な形状を含むため、断面を円形と想定した場合の平均径をいう。繊維直径は前記の範囲で変動している。   The artificial polypeptide fiber of the present invention has an average diameter of 1 μm or less, preferably in the range of 0.1 to 1 μm. If it is the said range, a fiber can be obtained stably. A more preferable average diameter is in the range of 0.2 to 0.9 μm, and further preferably in the range of 0.3 to 0.8 μm. Moreover, the single fiber diameter of the ultrafine fiber of this invention is fluctuate | varied between 0.1-1 micrometer. This is a phenomenon unique to electrospinning. The specific gravity of the fiber of the present invention is 1.34. When calculating the fineness (unit: tex or deci tex), when the fiber cross section is round, it is calculated from the cross-sectional area, specific gravity, and length calculated from the fiber diameter. The artificial polypeptide fiber of the present invention is not limited to a circular cross section, and includes various shapes, and thus means an average diameter when the cross section is assumed to be circular. The fiber diameter varies within the above range.

前記ポリペプチドは、ニワオニグモ(Araneus diadematus)の2つの主要なしおり糸タンパク質の一つであるADF3由来のポリペプチドであることが好ましい。このポリペプチドは強伸度及びタフネスが基本的に高く、合成し易いことも利点として上げられる。   The polypeptide is preferably a polypeptide derived from ADF3, which is one of the two main dragline proteins of Araneus diadematus. This polypeptide is also advantageous in that it is basically high in elongation and toughness and easy to synthesize.

本発明の人造ポリペプチド繊維は延伸後、フィブロイン繊維内のポリペプチド分子間について化学的に架橋させてもよい。ポリペプチドにおいて架橋に使える官能基は例えばアミノ基、カルボキシル基、チオール基、ヒドロキシ基等があるが、これに限定されるものではない。ポリペプチドに含まれるリジン側鎖のアミノ基は、グルタミン酸若しくはアスパラギン酸側鎖のカルボキシル基と脱水縮合によりアミド結合で架橋できる。架橋は真空加熱下で脱水縮合反応を行なっても良いし、カルボジイミド等の脱水縮合剤により架橋させても良い。また、グルタルアルデヒド等の架橋剤を用いても良い。また、トランスグルタミナーゼ等の酵素により架橋することもできる。一例として、カルボジイミド、グルタルアルデヒド等の架橋剤で架橋反応させても良い。カルボジイミドは一般式R1N=C=NR2(但し、R1,R2は炭素数1〜6のアルキル基、シクロアルキル基を含む有機基を示す。)で示され、具体的化合物は1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、1−シクロヘキシル−3−(2−モルホリノエチル)カルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド(DIC)などがある。この中でもEDC、DICはペプチド鎖のアミド結合形成能が高く、架橋反応し易いことから好ましい。架橋処理は、延伸糸に架橋剤を付与して真空熱乾燥で重合するのが好ましい。架橋剤は100%品を繊維に付与しても良いし、炭素数1〜5の低級アルコールや緩衝液などで希釈して0.005〜10質量%の濃度で繊維に付与しても良い。処理条件は、温度20〜45℃で3〜42時間が好ましい。架橋剤による架橋処理により、人造ポリペプチド繊維の強度、タフネス、耐薬品性等を上げることができる。 The artificial polypeptide fiber of the present invention may be chemically cross-linked between the polypeptide molecules in the fibroin fiber after drawing. Examples of functional groups that can be used for cross-linking in polypeptides include amino groups, carboxyl groups, thiol groups, and hydroxy groups, but are not limited thereto. The amino group of the lysine side chain contained in the polypeptide can be cross-linked with an amide bond by dehydration condensation with the carboxyl group of the glutamic acid or aspartic acid side chain. Crosslinking may be carried out by dehydration condensation reaction under vacuum heating, or by dehydration condensation agent such as carbodiimide. Moreover, you may use crosslinking agents, such as glutaraldehyde. Moreover, it can also bridge | crosslink with enzymes, such as transglutaminase. As an example, the crosslinking reaction may be performed with a crosslinking agent such as carbodiimide and glutaraldehyde. The carbodiimide is represented by the general formula R 1 N═C═NR 2 (where R 1 and R 2 represent an organic group containing an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a cycloalkyl group), and the specific compound is 1 -Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC), N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC), 1-cyclohexyl-3- (2-morpholinoethyl) carbodiimide, diisopropylcarbodiimide (DIC), etc. There is. Among these, EDC and DIC are preferable because they have a high amide bond forming ability of peptide chains and easily undergo a crosslinking reaction. The crosslinking treatment is preferably performed by applying a crosslinking agent to the drawn yarn and polymerizing by vacuum heat drying. A 100% product of the crosslinking agent may be imparted to the fiber, or it may be diluted with a lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms or a buffer solution and imparted to the fiber at a concentration of 0.005 to 10% by mass. The treatment conditions are preferably a temperature of 20 to 45 ° C. and a time of 3 to 42 hours. By the crosslinking treatment with the crosslinking agent, the strength, toughness, chemical resistance, etc. of the artificial polypeptide fiber can be increased.

以下実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.

(実施例1)
<遺伝子合成>
(1)ADF3Kaiの遺伝子の合成
ニワオニグモの2つの主要なしおり糸タンパク質の一つであるADF3(GI:1263287)の部分的なアミノ酸配列をNCBIのウェブデータベースより取得し、同配列のN末端に開始コドン、His10タグ及びHRV3Cプロテアーゼ認識サイトからなるアミノ酸配列(配列番号5)を付加したアミノ酸配列(配列番号6)からなるタンパク質をコードする遺伝子を、GenScript社に合成受託した。その結果、配列番号11に示す塩基配列からなるADF3Kaiの遺伝子が導入されたpUC57ベクター(遺伝子の5’末端直上流にNde Iサイト、及び5’末端直下流にXba Iサイト有り)を取得した。その後、同遺伝子をNde I及びEcoR Iで制限酵素処理し、pET22b(+)発現ベクターに組み換えた。
Example 1
<Gene synthesis>
(1) Synthesis of ADF3Kai gene A partial amino acid sequence of ADF3 (GI: 1263287), one of the two major worm-coiled silkworm spider silk proteins, was obtained from the NCBI web database and started at the N-terminus of the same sequence. A gene encoding a protein consisting of an amino acid sequence (SEQ ID NO: 6) to which an amino acid sequence (SEQ ID NO: 5) consisting of a codon, a His10 tag and an HRV3C protease recognition site was added was commissioned to GenScript. As a result, a pUC57 vector (with an Nde I site immediately upstream of the 5 ′ end and an Xba I site immediately downstream of the 5 ′ end) into which the ADF3Kai gene having the base sequence shown in SEQ ID NO: 11 was introduced was obtained. Thereafter, the gene was treated with restriction enzymes with Nde I and EcoR I and recombined into a pET22b (+) expression vector.

(2)ADF3Kai−NRSH1の合成
ADF3Kaiの遺伝子が導入されたpET22b(+)発現ベクターを鋳型に、PrimeStar Mutagenesis Basal Kit(タカラバイオ株式会社製)を用いた部位特異的変異導入により、ADF3Kaiのアミノ酸配列(配列番号6)の第632番目のアミノ酸残基Glyに対応するコドンGGCを終止コドンTAAに変異させ、配列番号12に示すADF3Kai−NRSH1の遺伝子をpET22b(+)上に構築した。変異の導入の正確性については、3130xl Genetic Analyzer(Applied Biosystems)を用いたシーケンス反応により確認した。なお、ADF3Kai−NRSH1のアミノ酸配列は配列番号7に示すとおりである。
(2) Synthesis of ADF3Kai-NRSH1 ADF3Kai amino acid sequence by site-directed mutagenesis using PrimeStar Mutagenesis Basal Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) using pET22b (+) expression vector introduced with ADF3Kai gene as a template. The codon GGC corresponding to the 632nd amino acid residue Gly of (SEQ ID NO: 6) was mutated to the stop codon TAA, and the ADF3Kai-NRSH1 gene shown in SEQ ID NO: 12 was constructed on pET22b (+). The accuracy of the introduction of the mutation was confirmed by a sequencing reaction using 3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems). The amino acid sequence of ADF3Kai-NRSH1 is as shown in SEQ ID NO: 7.

(3)ADF3Kai−Bの合成
ADF3Kai−NRSH1の遺伝子が導入されたpET22b(+)発現ベクターを鋳型に、PrimeStar Mutagenesis Basal Kit(タカラバイオ株式会社製)を用いた部位特異的変異導入により、ADF3Kai−NRSH1のアミノ酸配列(配列番号7)の第22番目のアミノ酸残基Glnに対応するコドンCAAをLysをコードするコドンAAAに変異させ、配列番号13に示すADF3Kai−Bの遺伝子をpET22b(+)上に構築した。変異の導入の正確性については、3130xl Genetic Analyzer(Applied Biosystems)を用いたシーケンス反応により確認した。なお、ADF3Kai−Bのアミノ酸配列は配列番号8に示すとおりである。
(3) Synthesis of ADF3Kai-B ADF3Kai-B was synthesized by site-directed mutagenesis using PrimeStar Mutagenesis Basal Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) using the pET22b (+) expression vector introduced with the ADF3Kai-NRSH1 gene as a template. The codon CAA corresponding to the 22nd amino acid residue Gln of the amino acid sequence of NRSH1 (SEQ ID NO: 7) is mutated to the codon AAA encoding Lys, and the ADF3Kai-B gene shown in SEQ ID NO: 13 is transferred to pET22b (+). Built in. The accuracy of the introduction of the mutation was confirmed by a sequencing reaction using 3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems). The amino acid sequence of ADF3Kai-B is as shown in SEQ ID NO: 8.

(4)ADF3Kai−Fの合成
ADF3Kai−Bの遺伝子が導入されたpET22b(+)発現ベクターを鋳型に、PrimeStar Mutagenesis Basal Kit(タカラバイオ株式会社製)を用いた部位特異的変異導入により、ADF3Kai−Bのアミノ酸配列(配列番号8)の第26番目のアミノ酸残基Argに対応するコドンCGAをLysをコードするコドンAAAに、第31番目のアミノ酸残基Glnに対応するコドンCAAをLysをコードするコドンAAAに、第32番目のアミノ酸残基Glnに対応するコドンCAAをLysをコードするコドンAAAに変異させ、配列番号14に示すADF3Kai−Fの遺伝子をpET22b(+)上に構築した。変異の導入の正確性については、3130xl Genetic Analyzer(Applied Biosystems)を用いたシーケンス反応により確認した。なお、ADF3Kai−Fのアミノ酸配列は配列番号9に示すとおりである。
(4) Synthesis of ADF3Kai-F By site-directed mutagenesis using PrimeStar Mutagenesis Basal Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) using the pET22b (+) expression vector introduced with the ADF3Kai-B gene as a template, ADF3Kai- The codon CGA corresponding to the 26th amino acid residue Arg of the amino acid sequence of B (SEQ ID NO: 8) encodes the codon AAA encoding Lys, and the codon CAA corresponding to the 31st amino acid residue Gln encodes Lys. In codon AAA, codon CAA corresponding to the 32nd amino acid residue Gln was mutated to codon AAA encoding Lys, and the ADF3Kai-F gene shown in SEQ ID NO: 14 was constructed on pET22b (+). The accuracy of the introduction of the mutation was confirmed by a sequencing reaction using 3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems). The amino acid sequence of ADF3Kai-F is as shown in SEQ ID NO: 9.

<タンパク質の発現>
ADF3Kai、ADF3Kai−NRSH1、ADF3Kai−B又はADF3Kai−Fの遺伝子を含むpET22b(+)発現ベクターを大腸菌Rosetta(DE3)に形質転換した。得られたシングルコロニーを、アンピシリンを含む2mLのLB培地で15時間培養後、同培養液を、アンピシリンを含む140mLのLB培地に1.4mL添加し、37℃、200rpmの条件下で、培養液のOD600が3.5になるまで培養した。次に、OD600が3.5の培養液を、アンピシリンを含む7Lの2×YT培地に50%グルコース140mLと共に加え、OD600が4.0になるまで培養した。その後、得られたOD600が4.0の培養液に、終濃度が0.5mMになるようにイソプロピル−β−チオガラクトビラノシド(IPTG)を添加してタンパク質発現を誘導した。IPTGを添加してから2時間経過した時点で、培養液を遠心分離により回収した。IPTG添加前とIPTG添加後の培養液から調製したタンパク質溶液をポリアクリルアミドゲルで電気泳動させ、IPTG添加に依存して目的サイズ(ADF3Kai約58.8kDa、ADF3Kai−NRSH1約55.9kDa、ADF3Kai−B約55.9kDa、ADF3Kai−F約55.9kDa)のバンドが観察されたことから、目的とするタンパク質が発現していることを確認した。
<Protein expression>
A pET22b (+) expression vector containing the ADF3Kai, ADF3Kai-NRSH1, ADF3Kai-B or ADF3Kai-F gene was transformed into E. coli Rosetta (DE3). After culturing the obtained single colony in 2 mL of LB medium containing ampicillin for 15 hours, 1.4 mL of the same culture solution was added to 140 mL of LB medium containing ampicillin and cultured at 37 ° C. and 200 rpm. The culture was continued until the OD 600 was 3.5. Then, OD 600 of the culture broth of 3.5, added with 50% glucose 140mL in 2 × YT medium 7L containing ampicillin, and cultured until an OD 600 of 4.0. Thereafter, protein expression was induced by adding isopropyl-β-thiogalactoviranoside (IPTG) to the obtained culture solution having an OD 600 of 4.0 to a final concentration of 0.5 mM. At the time when 2 hours had elapsed since the addition of IPTG, the culture solution was collected by centrifugation. The protein solution prepared from the culture solution before and after the addition of IPTG was electrophoresed on a polyacrylamide gel, and depending on the addition of IPTG, the target sizes (ADF3Kai about 58.8 kDa, ADF3Kai-NRSH1 about 55.9 kDa, ADF3Kai-B A band of about 55.9 kDa and ADF3Kai-F of about 55.9 kDa) was observed, confirming that the target protein was expressed.

<精製>
IPTGを添加してから2時間後に回収した菌体を20mMTris−HCl(pH7.4)で洗浄した後、高圧ホモジナイザー(GEA Niro Soavi社)で細胞を破砕した。破砕した細胞を遠心分離し、得られた沈殿物を7.5MUrea DB緩衝液(7.5M尿素、10mMリン酸二水素ナトリウム、20mM NaCl、1mMTris−HCl、pH7.0)で溶解し、スターラーで撹拌した後、透析チューブ(三光純薬株式会社セルロースチューブ36/32)を用いて水で透析を行った。透析後に得られた白色の凝集タンパク質を遠心分離により回収し、凍結乾燥機で水分をのぞき、凍結乾燥粉末を回収した。上記凍結乾燥粉末における目的タンパク質の精製度を下記のように測定した結果、ADF3Kai、ADF3Kai−NRSH1、ADF3Kai−B又はADF3Kai−Fの精製度は、それぞれ、73.0%、94.7%、95.2%、97.4%であった。
<Purification>
The cells collected 2 hours after the addition of IPTG were washed with 20 mM Tris-HCl (pH 7.4), and then cells were disrupted with a high-pressure homogenizer (GEA Niro Soavi). The disrupted cells were centrifuged, and the resulting precipitate was lysed with 7.5 MUrea DB buffer (7.5 M urea, 10 mM sodium dihydrogen phosphate, 20 mM NaCl, 1 mM Tris-HCl, pH 7.0) and stirred with a stirrer. After stirring, dialysis was performed with water using a dialysis tube (cellulose tube 36/32, Sanko Junyaku Co., Ltd.). The white aggregated protein obtained after dialysis was recovered by centrifugation, the water was removed with a freeze dryer, and the lyophilized powder was recovered. As a result of measuring the degree of purification of the target protein in the lyophilized powder as follows, the degree of purification of ADF3Kai, ADF3Kai-NRSH1, ADF3Kai-B, or ADF3Kai-F was 73.0%, 94.7%, and 95, respectively. 2% and 97.4%.

≪精製度の測定≫
凍結乾燥粉末における目的タンパク質の精製度は、凍結乾燥粉末のポリアクリルアミドゲル電気泳動の結果をTotallab(nonlinear dynamics ltd.)を用いて画像解析することにより測定した。まず、精密天秤を用いて凍結乾燥粉末をエッペンチューブに4mg測り取った後、7.5MUrea DB緩衝液(7.5M尿素、10mMリン酸二水素ナトリウム、20mMNaCl、1mMTris−HCl、pH7.0)1mLを加え、ボルテックス20分間、室温放置30分間により十分に溶解させた。
<Measurement of purity>
The degree of purification of the target protein in the lyophilized powder was measured by image analysis of the results of polyacrylamide gel electrophoresis of the lyophilized powder using Totallab (nonlinear dynamics ltd.). First, 4 mg of lyophilized powder was measured into an Eppendorf tube using a precision balance, and then 1 mL of 7.5 MUrea DB buffer (7.5 M urea, 10 mM sodium dihydrogen phosphate, 20 mM NaCl, 1 mM Tris-HCl, pH 7.0). Was added and dissolved sufficiently by vortexing for 20 minutes and standing at room temperature for 30 minutes.

≪溶解性の評価≫
(1)紡糸液(ドープ液)の調製
上記で得られたADF3Kai−F(分子量6万)の凍結乾燥粉末を、真空ポンプ(ULVAC G−50DA)を使用して約2時間程度真空乾燥し、凍結乾燥したタンパク質粉末から完全に水分を除去した。その後、乳鉢を使用して、水分を除去したタンパク質を出来るだけ優しく押しつぶし、約1mmの粒径を有するタンパク質粉末にした。次に、得られたタンパク粉末にHFIPを添加し、25℃で180rpmのシェーカーで振動を与えながら約19.5時間溶解し、タンパク質の濃度が7質量%のドープ液を調製した。
≪Evaluation of solubility≫
(1) Preparation of spinning solution (dope solution) The lyophilized powder of ADF3Kai-F (molecular weight 60,000) obtained above was vacuum-dried for about 2 hours using a vacuum pump (ULVAC G-50DA), Water was completely removed from the lyophilized protein powder. Then, using a mortar, the protein from which moisture was removed was crushed as gently as possible to obtain a protein powder having a particle size of about 1 mm. Next, HFIP was added to the obtained protein powder and dissolved for about 19.5 hours while applying vibration with a shaker of 180 rpm at 25 ° C. to prepare a dope solution having a protein concentration of 7 mass%.

(5)エレクトロスピニング
図1に示すエレクトロスピニング装置10を用いて紡糸した。マイクロシリンジ1内のドープ液2の押し出し速度は2.4ml/hとし、金属製口金ノズル3と金属製ロール4との間の電圧は13.1kV、距離は75mmとした。金属製口金ノズル3の内直径は0.32mmとし、4本ノズルとした。金属製ロール4(直径214mm)の回転数は170rpmとし、巻き取り速度は114.2m/minとした。この条件で4時間紡糸した。金属ロール4の表面に巻き上げられたシート状(不織布状)極細繊維7は、0.1Pa、35℃、1時間の真空乾燥により溶媒のHFIPを除去した。
(5) Electrospinning Spinning was performed using the electrospinning apparatus 10 shown in FIG. The extrusion rate of the dope solution 2 in the microsyringe 1 was 2.4 ml / h, the voltage between the metal nozzle 3 and the metal roll 4 was 13.1 kV, and the distance was 75 mm. The metal nozzle 3 has an inner diameter of 0.32 mm and four nozzles. The rotation speed of the metal roll 4 (diameter 214 mm) was 170 rpm, and the winding speed was 114.2 m / min. Spinning was performed for 4 hours under these conditions. The sheet-like (nonwoven fabric) ultrafine fibers 7 wound up on the surface of the metal roll 4 were subjected to vacuum drying at 0.1 Pa, 35 ° C. for 1 hour to remove the solvent HFIP.

<物性測定>
(a)引張り試験
得られた人造ポリペプチド極細繊維シート(幅8mm、長さ20mm、厚さ0.036mm、単位面積当たりの質量(目付け)5.68g/m2)の引張り速度10mm/minにおける引張り試験結果は、次の表1に示すとおりであった。
<Measurement of physical properties>
(A) Tensile test The obtained artificial polypeptide microfiber sheet (width 8 mm, length 20 mm, thickness 0.036 mm, mass per unit area (weight per unit area) 5.68 g / m 2 ) at a pulling speed of 10 mm / min. The tensile test results were as shown in Table 1 below.

(b)走査型電子顕微鏡による表面の観察
走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して5500倍で観察し、単繊維の直径を測定した。その結果、側定数5(0.335μm,0.392μm,0.402μm,0.556μm,0.602μm)の平均直径は0.457μmであった。図3に実施例1で得られた人造ポリペプチド極細繊維シートの応力−変位(ひずみ)曲線を示す。
(B) Observation of the surface with a scanning electron microscope Using a scanning electron microscope (SEM), it observed with 5500 times, and measured the diameter of the single fiber. As a result, the average diameter of the side constant 5 (0.335 μm, 0.392 μm, 0.402 μm, 0.556 μm, 0.602 μm) was 0.457 μm. FIG. 3 shows a stress-displacement (strain) curve of the artificial polypeptide ultrafine fiber sheet obtained in Example 1.

(実施例2)
<遺伝子合成>
(1)ADF3Kai−Largeの遺伝子の合成
ADF3Kaiを鋳型にT7プロモータープライマー(配列番号18)とRep Xba Iプライマー(配列番号19)を用いてPCR反応を行い、ADF3Kaiの遺伝子配列における5’側半分の配列(以下、配列Aと記す。)を増幅し、同断片をMighty Cloning Kit(タカラバイオ株式会社製)を使用して、予めNde I及びXba Iで制限酵素処理をしておいたpUC118ベクターに組み換えた。同様に、ADF3Kaiを鋳型にXba I Repプライマー(配列番号21)とT7ターミネータープライマー(配列番号20)を用いてPCR反応を行い、ADF3Kaiの遺伝子配列にける3’側半分の配列(以下、配列Bと記す。)を増幅し、同断片をMighty Cloning Kit(タカラバイオ株式会社製)を使用して、予めXba I、EcoR Iで制限酵素処理をしておいたpUC118ベクターに組み換えた。配列Aの導入されたpUC118ベクターをNde I、Xba Iで、配列Bの導入されたpUC118ベクターをXba I、EcoR Iでそれぞれ制限酵素処理し、ゲルの切り出しによって配列AのDNA断片及び配列BのDNA断片を精製した。DNA断片A、DNA断片B及び予めNde I及びEcoR Iで制限酵素処理をしておいたpET−22b(+)をライゲーション反応させ、大腸菌DH5αに形質転換した。T7プロモータープライマー及びT7ターミネータープライマーを用いたコロニーPCRにより、目的DNA断片の挿入を確認した後、目的サイズ(約3.6kbp)付近のバンドが得られたコロニーからプラスミドを抽出し、3130xl Genetic Analyzer(Applied Biosystems)を用いたシーケンス反応により全塩基配列を確認した。その結果、配列番号16に示す塩基配列からなるADF3Kai−Largeの遺伝子の構築が確認された。なお、ADF3Kai−Largeのアミノ酸配列は配列番号4に示すとおりである。
(Example 2)
<Gene synthesis>
(1) Synthesis of ADF3Kai-Large Gene A PCR reaction was carried out using ADF3Kai as a template using a T7 promoter primer (SEQ ID NO: 18) and Rep Xba I primer (SEQ ID NO: 19), and the 5 ′ half of the ADF3Kai gene sequence The sequence (hereinafter referred to as “sequence A”) was amplified, and the fragment was subjected to restriction enzyme treatment with Nde I and Xba I in advance using a Mighty Cloning Kit (manufactured by Takara Bio Inc.). Recombined. Similarly, PCR reaction was performed using ADF3Kai as a template and Xba I Rep primer (SEQ ID NO: 21) and T7 terminator primer (SEQ ID NO: 20), and the 3 ′ half sequence (hereinafter referred to as sequence B) in the gene sequence of ADF3Kai. The fragment was recombined into a pUC118 vector previously treated with Xba I and EcoR I using a Mighty Cloning Kit (Takara Bio Inc.). The pUC118 vector into which the sequence A was introduced was treated with Nde I and Xba I, and the pUC118 vector into which the sequence B was introduced was treated with restriction enzymes Xba I and EcoR I, respectively. The DNA fragment was purified. DNA fragment A, DNA fragment B, and pET-22b (+) previously treated with Nde I and EcoR I were ligated and transformed into E. coli DH5α. After confirming the insertion of the target DNA fragment by colony PCR using the T7 promoter primer and T7 terminator primer, a plasmid was extracted from the colony from which a band in the vicinity of the target size (about 3.6 kbp) was obtained, and 3130xl Genetic Analyzer ( The entire base sequence was confirmed by a sequence reaction using Applied Biosystems). As a result, the construction of the ADF3Kai-Large gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 16 was confirmed. The amino acid sequence of ADF3Kai-Large is as shown in SEQ ID NO: 4.

(2)ADF3Kai−Large−NRSH1の遺伝子の合成
ADF3Kai−Largeの遺伝子が導入されたpET22b(+)ベクターを鋳型に、PrimeStar Mutagenesis Basal Kit(タカラバイオ株式会社製)を用いた部位特異的変異導入によりADF3Kai−Largeのアミノ酸配列(配列番号4)の第1155番目のアミノ酸残基Glyに対応するコドンGGCを終止コドンTAAに変異させ、配列番号17に示す塩基配列からなるADF3Kai−Large−NRSH1の遺伝子をpET22b(+)上に構築した。変異の導入の正確性については、3130xl Genetic Analyzer(Applied Biosystems)を用いたシーケンス反応により確認した。なお、ADF3Kai−Large−NRSH1のアミノ酸配列は配列番号15に示すとおりである。
(2) Synthesis of ADF3Kai-Large-NRSH1 Gene By site-directed mutagenesis using PrimeStar Mutagenesis Basal Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) using pET22b (+) vector introduced with ADF3Kai-Large gene as a template. The codon GGC corresponding to the 1155th amino acid residue Gly of the amino acid sequence of ADF3Kai-Large (SEQ ID NO: 4) is mutated to the stop codon TAA, and the ADF3Kai-Large-NRSH1 gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 17 is Built on pET22b (+). The accuracy of the introduction of the mutation was confirmed by a sequencing reaction using 3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems). The amino acid sequence of ADF3Kai-Large-NRSH1 is as shown in SEQ ID NO: 15.

上記のようにして得られたADF3Kai−Large−NRSH1(分子量約10万)を使用して実施例1と同様に精製し、ドープ濃度を4質量%とした以外は実施例と同様にドープ液を作成し、エレクトロスピニングを行った。   Using the ADF3Kai-Large-NRSH1 (molecular weight of about 100,000) obtained as described above, purification was performed in the same manner as in Example 1, and the dope solution was prepared in the same manner as in Example except that the dope concentration was 4% by mass. Created and electrospun.

<物性測定>
(a)引張り試験
得られた人造ポリペプチド極細繊維シート(幅8mm、長さ20mm、厚さ0.024mm、単位面積当たりの質量(目付け)3.58g/m2)の引張り速度10mm/minにおける引張り試験結果は、次の表2に示すとおりであった。
<Measurement of physical properties>
(A) Tensile test The obtained artificial polypeptide ultrafine fiber sheet (width 8 mm, length 20 mm, thickness 0.024 mm, mass per unit area (weight) 3.58 g / m 2 ) at a tensile speed of 10 mm / min. The tensile test results were as shown in Table 2 below.

(b)走査型電子顕微鏡による観察
走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して5500倍で観察し、単繊維の直径を測定した。その結果、側定数5(0.259μm,0.230μm,0.257μm,0.181μm,0.181μm)の平均直径は0.22μmであった。図4に実施例2で得られた人造ポリペプチド極細繊維シートの応力−変位(ひずみ)曲線を示し、図5にSEMの写真を示す。
(B) Observation with a scanning electron microscope Using a scanning electron microscope (SEM), it observed at 5500 times, and measured the diameter of the single fiber. As a result, the average diameter of the side constant 5 (0.259 μm, 0.230 μm, 0.257 μm, 0.181 μm, 0.181 μm) was 0.22 μm. FIG. 4 shows a stress-displacement (strain) curve of the artificial polypeptide ultrafine fiber sheet obtained in Example 2, and FIG. 5 shows a SEM photograph.

本発明の人造ポリペプチド繊維は、樹脂や金属の強化繊維、複合材料、射出成形等に好適に使用できる。その用途は、自動車等の輸送機器部材、タイヤの補強繊維等に適用できる。また形態としては織物、編物、組み物、不織布などに応用できる。   The artificial polypeptide fiber of the present invention can be suitably used for resin or metal reinforcing fibers, composite materials, injection molding and the like. The application can be applied to transportation equipment members such as automobiles and reinforcing fibers for tires. In addition, the present invention can be applied to woven fabrics, knitted fabrics, braided fabrics, nonwoven fabrics and the like.

1 マイクロシリンジ
2 ドープ液
3 口金ノズル
4 金属ロール
5 電源
6 繊維状物
7,9 シート状(不織布状)極細繊維
8 金網ネット
10,20 エレクトロスピニング装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro syringe 2 Dope liquid 3 Cap nozzle 4 Metal roll 5 Power supply 6 Fibrous material 7,9 Sheet-like (nonwoven fabric) extra fine fiber 8 Wire net 10,10 Electrospinning device

配列番号1〜10、15 アミノ酸配列
配列番号11〜14、16、17 塩基配列
配列番号18〜21 プライマーシーケンス
SEQ ID NOs: 1-10, 15 amino acid sequences SEQ ID NOs: 11-14, 16, 17 nucleotide sequences SEQ ID NOs: 18-21 primer sequences

Claims (4)

天然クモ糸タンパク質(spider silk proteins)に由来するポリペプチドを含む紡糸液をエレクトロスピニングして得られる人造ポリペプチド極細繊維シートの製造方法であって、
前記ポリペプチドを溶媒に溶解して紡糸液とする工程と、
前記紡糸液を、電圧をかけた口金からエレクトロスピニングにより吐出させて繊維形成する工程と、
減圧乾燥により前記繊維から溶媒を脱離させる工程を含み、
前記極細繊維の単繊維の平均直径は1μm以下であり、かつ前記極細繊維の単繊維直径は、0.1〜1μmの間で変動しており、
前記極細繊維自体の絡み合いによりシートとすることを特徴とする人造ポリペプチド極細繊維シートの製造方法。
Spinning solution containing a polypeptide derived from nature spider silk protein (spider silk proteins) the method for manufacturing a human forming polypeptide microfibrous sheet that is obtained by electrospinning,
Dissolving the polypeptide in a solvent to form a spinning solution;
A step of forming fibers by discharging the spinning solution from a base to which voltage is applied by electrospinning ;
Including desorbing the solvent from the fiber by drying under reduced pressure ,
The average diameter of the single fibers of the ultrafine fibers is 1 μm or less, and the single fiber diameter of the ultrafine fibers varies between 0.1 and 1 μm,
A method for producing an artificial polypeptide ultrafine fiber sheet, wherein the sheet is formed by entanglement of the ultrafine fiber itself .
前記人造ポリペプチド極細繊維は、さらに前記繊維に含まれるポリペプチド分子間の一部において化学的に架橋されている請求項に記載の人造ポリペプチド極細繊維シートの製造方法The method for producing an artificial polypeptide ultrafine fiber sheet according to claim 1 , wherein the artificial polypeptide ultrafine fiber is further chemically cross-linked at a part between polypeptide molecules contained in the fiber. 前記架橋は、カルボジイミド及びグルタルアルデヒドから選ばれる少なくとも一つの架橋剤反応させ架橋である請求項に記載の人造ポリペプチド極細繊維シートの製造方法。 The crosslinking is carbodiimide and Guru least one artificial polypeptide microfibrous sheet manufacturing method according to the cross-linking agent to claim 2 is a cross-linked reacted selected from glutaraldehyde. 前記口金から吐出させた繊維形成物質をローラーに巻き取るか又は金網に捕集してシートとする請求項1〜3のいずれかに記載の人造ポリペプチド極細繊維シートの製造方法。 The method for producing an artificial polypeptide ultrafine fiber sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the fiber-forming substance discharged from the die is wound around a roller or collected on a wire mesh to form a sheet.
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