JP7483263B2 - 複合繊維及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]
芯部と、該芯部を覆う最外層と、を備える複合繊維であって、前記芯部は改変フィブロインを含み、前記最外層は構造タンパク質を含む、複合繊維。
[2]
上記芯部と上記最外層の複合比率が、上記複合繊維の質量を基準として9:1~1:9である、[1]に記載の複合繊維。
[3]
上記構造タンパク質が、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、コラーゲン、レシリン、エラスチン、及びケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、[1]又は[2]に記載の複合繊維。
[4]
上記構造タンパク質が、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、及びケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、[1]~[3]のいずれかに記載の複合繊維。
[4-1]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む改変フィブロイン(第3の改変フィブロイン)であって、
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、少なくとも1又は複数の(A)nモチーフが欠失したことに相当する、(A)nモチーフの含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の複合繊維。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
[4-2]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む改変フィブロイン(第4の改変フィブロイン)であって、
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、少なくともREP中の1又は複数のグリシン残基が別のアミノ酸残基に置換されたことに相当する、グリシン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の複合繊維。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
[4-3]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]m表されるドメイン配列を含む改変フィブロイン(第5の改変フィブロイン)であって、
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のアミノ酸残基が疎水性指標の大きいアミノ酸残基に置換されたこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性指標の大きいアミノ酸残基が挿入されたことに相当する、局所的に疎水性指標の大きい領域を含むアミノ酸配列を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の複合繊維。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
[4-4]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロイン(第6の改変フィブロイン)であって、
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失したこと、又は他のアミノ酸残基に置換したことに相当する、グルタミン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の複合繊維。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
[4-5]
上記改変フィブロインが、26.0以上の限界酸素指数(LOI)値を有している、[1]~[4]のいずれかに記載の複合繊維。
[4-6]
上記改変フィブロインが、0.025℃/g超の、下記式Aに従って求められる最高吸湿発熱度を有している、[1]~[4]のいずれかに記載の複合繊維。
式A: 最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
[式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。]
[5]
芯部と、該芯部を覆う最外層と、を備える複合繊維の製造方法であって、
改変フィブロイン及び溶媒を含む第1ドープ液を調製する工程と、
構造タンパク質及び溶媒を含む第2ドープ液を調製する工程と、
紡糸口金から吐出した第1ドープ液を被覆するように、第2ドープ液を紡糸口金から吐出して接合させ、凝固液中で未延伸の複合繊維を形成させる工程と、を含む、方法。
[6]
上記未延伸の複合繊維を延伸する工程を更に含む、[5]に記載の方法。
[7]
上記第1ドープ液における改変フィブロインの濃度が、上記第1ドープ液の全質量を基準として、5~40質量%であり、
上記第2ドープ液における構造タンパク質の濃度が、上記第2ドープ液の全質量を基準として、5~40質量%である、[5]又は[6]に記載の方法。
[8]
上記溶媒が、ヘキサフルオロイソプロパノール、ヘキサフルオロアセトン、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリドン、N-メチル-2-ピロリドン、アセトニトリル、N-メチルモルホリン-N-オキシド、及びギ酸、並びに、尿素、グアニジン、ドデシル硫酸ナトリウム、臭化リチウム、塩化カルシウム及びチオシアン酸リチウムからなる群から選択される少なくとも一種を含む水溶液からなる群から選択される少なくとも一種を含む、[5]~[7]のいずれかに記載の方法。
[9]
上記凝固液が、炭素数1~5の低級アルコール、及びアセトンからなる群から選択される少なくとも一種である、[5]~[8]のいずれかに記載の方法。
[10]
上記構造タンパク質が、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、コラーゲン、レシリン、エラスチン、及びケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、[5]~[9]のいずれかに記載の方法。
[11]
上記構造タンパク質が、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、及びケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、[5]~[10]のいずれかに記載の方法。
[12]
上記未延伸の複合繊維を水性媒体に接触させる工程をさらに含む、[5]~[11]のいずれかに記載の方法。
[12-1]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む改変フィブロイン(第3の改変フィブロイン)であって、
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、少なくとも1又は複数の(A)nモチーフが欠失したことに相当する、(A)nモチーフの含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、[5]~[12]のいずれかに記載の方法。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
[12-2]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む改変フィブロイン(第4の改変フィブロイン)であって、
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、少なくともREP中の1又は複数のグリシン残基が別のアミノ酸残基に置換されたことに相当する、グリシン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、[5]~[12]のいずれかに記載の方法。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
[12-3]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]m表されるドメイン配列を含む改変フィブロイン(第5の改変フィブロイン)であって、
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のアミノ酸残基が疎水性指標の大きいアミノ酸残基に置換されたこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性指標の大きいアミノ酸残基が挿入されたことに相当する、局所的に疎水性指標の大きい領域を含むアミノ酸配列を有する、[5]~[12]のいずれかに記載の方法。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
[12-4]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロイン(第6の改変フィブロイン)であって、
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失したこと、又は他のアミノ酸残基に置換したことに相当する、グルタミン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、[5]~[12]のいずれかに記載の方法。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
[12-5]
上記改変フィブロインが、26.0以上の限界酸素指数(LOI)値を有している、[5]~[12]のいずれかに記載の方法。
[12-6]
上記改変フィブロインが、0.025℃/g超の、下記式Aに従って求められる最高吸湿発熱度を有している、[5]~[12]のいずれかに記載の方法。
式A: 最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
[式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。]
[13]
[1]~[4]及び[4-1]~[4-6]のいずれかに記載の複合繊維を含み、
繊維、糸、布帛、編物、組み物、不織布、紙、及び綿からなる群から選択される、製品。
[14]
芯部と、該芯部を覆う最外層と、を備える複合繊維であって、芯部及び最外層のいずれか一方が改変フィブロインである、複合繊維。
改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。改変フィブロインは、ドメイン配列のN末端側及びC末端側のいずれか一方又は両方に更にアミノ酸配列(N末端配列及びC末端配列)が付加されていてもよい。N末端配列及びC末端配列は、これに限定されるものではないが、典型的には、フィブロインに特徴的なアミノ酸モチーフの反復を有さない領域であり、100残基程度のアミノ酸からなる。なお、本実施形態において、改変フィブロインが改変クモ糸フィブロインであると、保温性、吸湿発熱性及び/又は難燃性がより優れるものとなる。
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロイン(改変フィブロイン又は天然由来のフィブロイン)において、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列に含まれる全てのREPにおいて、その領域に含まれるGPGXXモチーフの個数の総数を3倍した数(即ち、GPGXXモチーフ中のG及びPの総数に相当)をsとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、GPGXXモチーフ含有率はs/tとして算出される。
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロイン(改変フィブロイン又は天然由来のフィブロイン)において、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列(図5の「領域A」に相当する配列。)に含まれる全てのREPにおいて、その領域に含まれるグルタミン残基の総数をuとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、グルタミン残基含有率はu/tとして算出される。グルタミン残基含有率の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としている理由は、上述した理由と同様である。
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロイン(改変フィブロイン又は天然由来のフィブロイン)において、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列(図5の「領域A」に相当する配列。)に含まれる全てのREPにおいて、その領域の各アミノ酸残基の疎水性指標の総和をvとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、REPの疎水性度はv/tとして算出される。REPの疎水性度の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としている理由は、上述した理由と同様である。
式A: 最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
[式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。]
式C: 保温性指数=保温率(%)/試料の目付け(g/m2)
改変フィブロインは、例えば、当該改変フィブロインをコードする核酸配列と、当該核酸配列に作動可能に連結された1又は複数の調節配列とを有する発現ベクターで形質転換された宿主により、当該核酸を発現させることにより生産することができる。
第1ドープ液は、改変フィブロイン及び溶媒を含む。第2ドープ液は、構造タンパク質と溶媒を含む。
複合繊維は、公知の紡糸方法によって製造することができる。例えば、複合繊維は、第1ドープ液及び第2ドープ液を用いて、乾式紡糸、溶融紡糸、湿式紡糸、乾湿式紡糸等の公知の紡糸方法により紡糸することにより得ることができる。好ましい紡糸方法としては、湿式紡糸、又は乾温式紡糸を挙げることができる。
改変フィブロインを同条件で紡糸して得られた改変フィブロイン繊維の水性媒体に対する収縮率を表6に示す。収縮率は、以下の方法で算出した。
<収縮率>
長さ約30cmの複数本の改変フィブロイン繊維を束ね、繊度150デニールの繊維束とする。この繊維束に0.8gの鉛錘を取り付け、その状態で繊維束を40℃の水に10分間浸漬して収縮させ、製造工程由来の残留応力による収縮を除去する。繊維束を水中から取り出し、0.8gの鉛錘を取り付けたまま室温で2時間おいて乾燥させる。乾燥後、繊維束の長さを測定する。再度、40℃の水に10分間浸漬して収縮させ、水中で繊維束の長さを測定する。これら湿潤、乾燥を少なくとも3回繰り返し、湿潤時の平均の長さ(Lwet)、乾燥時の平均の長さ(Ldry)を求める。収縮率は下記式に従って算出される。
式:収縮率(%)=(1-(Ldry/Lwet))×100
複合繊維の捲縮性は、捲縮工程を経て潜在性捲縮を発現させた複合繊維の一定の長さにおける捲縮数を確認すること等により、評価することができる。
本実施形態に係る複合繊維は、各種の製品に応用することができる。このような製品としては、例えば、繊維、糸、布帛、編み物、組み物、不織布、紙、及び綿等を挙げることができる。繊維としては、例えば、長繊維、短繊維、モノフィラメント、マルチフィラメント等を挙げることができ、糸としては、紡績糸、撚糸、仮撚糸、加工糸、混繊糸、混紡糸等を挙げることができる。さらに、これらの繊維や糸から、織物等の布帛、編物、組み物、不織布等、紙、綿等を製造することができる。これらの製品は、公知の方法により製造することができる。
(1)発現ベクターの作製
ネフィラ・クラビペス(Nephila clavipes)由来のフィブロイン(GenBankアクセッション番号:P46804.1、GI:1174415)の塩基配列及びアミノ酸配列に基づき、配列番号15、配列番号37及び配列番号47で示されるアミノ酸配列を有する改変フィブロイン(以下、それぞれ「PRT799」、「PRT918」及び「PRT966」ともいう。)を設計した。なお、配列番号15で示されるアミノ酸配列は、ネフィラ・クラビペス由来のフィブロインのアミノ酸配列に対して、生産性の向上を目的としてアミノ酸残基の置換、挿入及び欠失を施したアミノ酸配列を有し、さらにN末端に配列番号11で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)が付加されている。配列番号47で示されるアミノ酸配列(PRT966)は、疎水度の向上を目的として、配列番号7で示されるアミノ酸配列(N末端に配列番号11で示されるアミノ酸配列が付加される前のアミノ酸配列)中に存在する20個のドメイン配列の領域を2回繰り返した配列中のQQを全てVFに置換し、かつ残りのQをIに置換し、さらにN末端に配列番号11で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)を付加したものである。
上記で得られた発現ベクターで、大腸菌BLR(DE3)を形質転換した。当該形質転換大腸菌を、アンピシリンを含む2mLのLB培地で15時間培養した。当該培養液を、アンピシリンを含む100mLのシード培養用培地(表7)にOD600が0.005となるように添加した。培養液温度を30℃に保ち、OD600が5になるまでフラスコ培養を行い(約15時間)、シード培養液を得た。
IPTGを添加してから2時間後に回収した菌体を20mM Tris-HCl buffer(pH7.4)で洗浄した。洗浄後の菌体を約1mMのPMSFを含む20mM Tris-HCl緩衝液(pH7.4)に懸濁させ、高圧ホモジナイザー(GEA Niro Soavi社製)で細胞を破砕した。破砕した細胞を遠心分離し、沈殿物を得た。得られた沈殿物を、高純度になるまで20mM Tris-HCl緩衝液(pH7.4)で洗浄した。洗浄後の沈殿物を100mg/mLの濃度になるように8M グアニジン緩衝液(8M グアニジン塩酸塩、10mM リン酸二水素ナトリウム、20mM NaCl、1mM Tris-HCl、pH7.0)で懸濁し、60℃で30分間、スターラーで撹拌し、溶解させた。溶解後、透析チューブ(三光純薬株式会社製、セルロースチューブ36/32)を用いて水で透析を行った。透析後に得られた白色の凝集タンパク質を遠心分離により回収し、凍結乾燥機で水分を除き、凍結乾燥粉末を回収することにより、改変フィブロイン(PRT799、PRT918及びPRT966)を得た。
天然の蚕(Bombyx mori)の繭を用い、中身を除去した蚕の繭を小さく切断した。沸騰した0.5質量%マルセル石鹸水(マルセル石鹸はおろし金で細かくしたものを使用)で約30分間煮た後、沸騰したお湯で30分間煮た。この手順をさらに2回繰り返した(計3回)。最後に沸騰したお湯で30分間煮て、絹フィブロインを覆うセリシンを完全に除去し、セリシン除去後の絹フィブロインを37℃の環境下で一晩乾燥させた。乾燥後の絹の重さを測り、10質量/体積%となるように、LiBr水溶液(9mol/L)を加え、40℃で2時間溶解させた。この水溶液をセルロース透析膜(VISKASESELESCOAP社製のSeamless Cellulose Tubing、36/32)に入れ、蒸留水を用いて3~4日間透析した。透析後の回収溶液を、20℃、15000rpm、1時間で遠心し、溶け残りや不純物などを除去した。更に濃度が2質量%以下になるように脱イオン水で希釈した。希釈後、フィルター(ADVANTEC社製、150μm)に通し、不純物を完全に除去した。絹フィブロイン水溶液を-80℃で凍結させ、一晩かけて凍結乾燥した。十分に水分が抜けたことを確認し、絹フィブロイン粉末を得た。得られた絹フィブロインを用いてSDS-PAGEを行い、バンドの出現により、絹フィブロインの分子量が70kDaであることを確認した。
<実施例1>
(1)ドープ液の調製
第1ドープ液として、上記改変フィブロインの製造工程で得られた改変フィブロイン(PRT799、疎水性度:-0.80)20質量%を、ギ酸(純度98%)80質量%と混合し、40℃のアルミブロックヒーターで1時間加温することにより溶解させた。得られた溶液を、目開き1μmの金属フィルターで濾過し、脱泡して第1ドープ液を調製した。
上記絹フィブロインの製造工程で得られた絹フィブロイン粉末10質量%と、ギ酸90質量%を用いた他は、第1ドープ液と同様にして第2ドープ液を調製した。
卓上の紡糸装置を用いて湿式紡糸を行なった。調製した第1ドープ液と第2ドープ液とをそれぞれリザーブタンクに充填した。不活性ガス(窒素)を用いて、外形28μm/内径22μmの孔径の同軸ノズルから第1ドープ液と第2ドープ液とを吐出し、100質量%エタノール凝固液槽中へ吐出させた。凝固後、凝固液槽中で延伸を行った。2つのメタノール浴槽での洗浄、水洗浄浴中での洗浄及び延伸後、乾熱板を用いて乾燥させ、複合重量比芯部:鞘部=2:1の芯鞘型複合繊維(原糸)を得、巻き取った。
湿式紡糸の条件は以下のとおりである。
吐出圧:0.5bar
凝固浴延伸倍率:0.5倍
水洗浄浴延伸倍率:3倍
凝固液(エタノール)の温度:5℃
乾燥温度:60℃
(1)ドープ液の調製
第1ドープ液は、実施例1と同様にして調製した。
第2ドープ液として、上記改変フィブロインの製造工程で得られた改変フィブロイン(PRT966、疎水性度:0.49)10質量%と、ギ酸90質量%を混合し、加温温度を70℃とした他は、第1ドープ液と同様にして第2ドープ液を調製した。
(2)湿式紡糸
調製した第1ドープ液と第2ドープ液とをそれぞれリザーブタンクに充填した。実施例1と同様にして湿式紡糸を行い、潜在性捲縮を発現させた、複合重量比芯部:鞘部=2:1の芯鞘型複合繊維(原糸)の複合繊維を得、巻き取った。
(1)ドープ液の調製
改変フィブロイン(PRT799)20質量%を、ギ酸80質量%と混合した他は、実施例1と同様にしてドープ液を調製した。
卓上の紡糸装置を用いて湿式紡糸を行なった。孔径30μmのモノホールノズルからドープ液を吐出し、水洗浄浴中での延伸倍率を6倍とした他は、実施例1と同様にして改変フィブロイン繊維(原糸)を得、巻き取った。
(1)応力の評価
実施例1及び2、並びに比較例1の未延伸糸の物性を以下の方法で測定した。
(a)光学顕微鏡を用いて複合繊維の直径を求めた。
(b)温度20℃、相対湿度65%の条件で引張り試験機(INSTRON3342)を用いて複合繊維の応力を測定した。引張試験では10m秒間隔で測定した。各サンプルは厚紙で作製した型枠に貼り付け、つかみ治具間距離は20mm、引張り速度は10mm/分とした。ロードセル容量10N、つかみ冶具はクリップ式とした。測定値はサンプル数n=5の平均値とした。
上記実施例1と2、及び比較例1で得られた複合繊維(原糸)を長さ約30cmに揃えて束ね、繊度150デニールの複合繊維束とした。各複合繊維束に0.8gの鉛錘を取り付け、その状態で繊維束を40℃の水に10分間浸漬して収縮させ、製造工程由来の残留応力を除去した。残留応力除去後の繊維束を水中から取り出し、0.8gの鉛錘を取り付けたまま、室温で2時間おいて乾燥させた。乾燥後、各繊維束の長さを測定した。その後、繊維束を40℃の水に10分間浸漬して収縮させ、水中で複合繊維束の長さを測定した。この湿潤及び乾燥の操作を3回繰り返し、湿潤時の平均の長さ(Lwet:単位cm)、乾燥時の平均の長さ(Ldry:単位cm)を求め、下記式に従って収縮率を算出した。
収縮率(%)={1-(Ldry/Lwet)}×100
塩化リチウムのジメチルスルホキシド溶液(濃度:4.0質量%)に、改変フィブロイン(PRT799)の凍結乾燥粉末を、濃度24質量%となるよう添加し、シェーカーを使用して3時間混合することにより、溶解させた。その後、不溶物と泡を取り除き、改変フィブロイン溶液(紡糸原液)を得た。
塩化リチウムのジメチルスルホキシド溶液(濃度:4.0質量%)に、改変フィブロインの凍結乾燥粉末を、濃度24質量%となるよう添加し、シェーカーを使用して3時間混合することにより、溶解させた。その後、不溶物と泡を取り除き、改変フィブロイン溶液(紡糸原液)を得た。
式A: 最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
塩化リチウムのジメチルスルホキシド溶液(濃度:4.0質量%)に、改変フィブロインの凍結乾燥粉末を、濃度24質量%となるよう添加し、シェーカーを使用して3時間混合することにより、溶解させた。その後、不溶物と泡を取り除き、改変フィブロイン溶液(紡糸原液)を得た。
式B: 保温率(%)=(1-a/b)×100
式C: 保温性指数=保温率(%)/試料の目付け(g/m2)
Claims (24)
- 芯部と、該芯部を覆う最外層と、を備える複合繊維であって、前記芯部は改変フィブロインを含み、前記最外層は前記改変フィブロインよりも疎水性度が大きい構造タンパク質を含み、
前記改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む天然由来フィブロインに対し、1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列を有し、式1:[(A)nモチーフ-REP]m又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフを有するタンパク質であり、
前記疎水性度は、前記改変フィブロイン又は構造タンパク質を構成する各アミノ酸残基(但し、タグ配列及びヒンジ配列に相当するアミノ酸残基を除く。)の疎水性指標の合計をアミノ酸残基数で除した値である、複合繊維。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が40%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記芯部と前記最外層の複合比率が、前記複合繊維の質量を基準として9:1~1:9である、請求項1に記載の複合繊維。
- 前記構造タンパク質が、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、コラーゲン、レシリン、エラスチン、及びケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の複合繊維。
- 前記構造タンパク質が、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、及びケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1~3のいずれか一項に記載の複合繊維。
- 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
前記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、少なくとも1又は複数の(A)nモチーフが欠失したことに相当する、(A)nモチーフの含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の複合繊維。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
前記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、少なくともREP中の1又は複数のグリシン残基が別のアミノ酸残基に置換されたことに相当する、グリシン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の複合繊維。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]m表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
前記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のアミノ酸残基が疎水性指標の大きいアミノ酸残基に置換されたこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性指標の大きいアミノ酸残基が挿入されたことに相当する、局所的に疎水性指標の大きい領域を含むアミノ酸配列を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の複合繊維。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
前記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失したこと、又は他のアミノ酸残基に置換したことに相当する、グルタミン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の複合繊維。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記改変フィブロインが、26.0以上の限界酸素指数(LOI)値を有している、請求項1~4のいずれか一項に記載の複合繊維。
- 前記改変フィブロインが、0.025℃/g超の、下記式Aに従って求められる最高吸湿発熱度を有している、請求項1~4のいずれか一項に記載の複合繊維。
式A: 最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
[式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。] - 芯部と、該芯部を覆う最外層と、を備える複合繊維の製造方法であって、
改変フィブロイン及び溶媒を含む第1ドープ液を調製する工程と、
前記改変フィブロインよりも疎水性度が大きい構造タンパク質、及び溶媒を含む第2ドープ液を調製する工程と、
紡糸口金から吐出した第1ドープ液を被覆するように、第2ドープ液を紡糸口金から吐出して接合させ、凝固液中で未延伸の複合繊維を形成させる工程と、を含み、
前記改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む天然由来フィブロインに対し、1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列を有し、式1:[(A)nモチーフ-REP]m又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフ[式1及び式2中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が40%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]を有するタンパク質であり、
前記疎水性度は、前記改変フィブロイン又は構造タンパク質を構成する各アミノ酸残基(但し、タグ配列及びヒンジ配列に相当するアミノ酸残基を除く。)の疎水性指標の合計をアミノ酸残基数で除した値である、方法。 - 前記未延伸の複合繊維を延伸する工程を更に含む、請求項11に記載の方法。
- 前記第1ドープ液における改変フィブロインの濃度が、前記第1ドープ液の全質量を基準として、5~40質量%であり、
前記第2ドープ液における構造タンパク質の濃度が、前記第2ドープ液の全質量を基準として、5~40質量%である、請求項11又は12に記載の方法。 - 前記溶媒が、ヘキサフルオロイソプロパノール、ヘキサフルオロアセトン、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリドン、N-メチル-2-ピロリドン、アセトニトリル、N-メチルモルホリン-N-オキシド、及びギ酸、並びに、尿素、グアニジン、ドデシル硫酸ナトリウム、臭化リチウム、塩化カルシウム及びチオシアン酸リチウムからなる群から選択される少なくとも一種を含む水溶液からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項11~13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記凝固液が、炭素数1~5の低級アルコール、及びアセトンからなる群から選択される少なくとも一種である、請求項11~14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記構造タンパク質が、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、コラーゲン、レシリン、エラスチン、及びケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項11~15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記構造タンパク質が、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、及びケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項11~16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
前記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、少なくとも1又は複数の(A)nモチーフが欠失したことに相当する、(A)nモチーフの含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、請求項11~17のいずれか一項に記載の方法。
[式1中、(A)nモチーフは4~20アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは8~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
前記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、少なくともREP中の1又は複数のグリシン残基が別のアミノ酸残基に置換されたことに相当する、グリシン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、請求項11~17のいずれか一項に記載の方法。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]m表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
前記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のアミノ酸残基が疎水性指標の大きいアミノ酸残基に置換されたこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性指標の大きいアミノ酸残基が挿入されたことに相当する、局所的に疎水性指標の大きい領域を含むアミノ酸配列を有する、請求項11~17のいずれか一項に記載の方法。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が83%以上である。REPは10-200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2-300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
前記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失したこと、又は他のアミノ酸残基に置換したことに相当する、グルタミン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する、請求項11~17のいずれか一項に記載の方法。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] - 前記改変フィブロインが、26.0以上の限界酸素指数(LOI)値を有している、請求項11~17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記改変フィブロインが、0.025℃/g超の、下記式Aに従って求められる最高吸湿発熱度を有している、請求項11~17のいずれか一項に記載の方法。
式A: 最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
[式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。] - 請求項1~10のいずれか一項に記載の複合繊維を含み、
繊維、糸、布帛、編物、組み物、不織布、紙及び綿からなる群から選択される、製品。
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