KR20130045255A

KR20130045255A - 실크 피브로인 다공질체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130045255A
Application number: KR1020127026176A
Authority: KR
Inventors: 가즈토시 고바야시; 나오스케 스미; 가즈오 구사키; 도모코 마치다
Original assignee: 히타치가세이가부시끼가이샤
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2013-05-03
Also published as: JPWO2011126031A1; EP2557112B2; CA2795717C; EP2557112A1; WO2011126031A1; CN102844363A; JP5971322B2; US9090703B2; SG184516A1; EP2557112B1; CN102844363B; US20130109836A1; CA2795717A1; AU2011236908A1; EP2557112A4; TW201204741A; TWI511976B; JP2015063700A; KR20180072887A; AU2011236908B2

Abstract

실크 피브로인 및 아미노산을 함유하는 실크 피브로인 다공질체 및 피브로인 수용액에 아미노산을 첨가한 피브로인 용액을 동결시키고, 이어서, 융해시킴으로써, 다공질체를 얻는 것을 특징으로 하는 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법에 의해, 용매를 포함하지 않고, 안전성이 높은 다공질체 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

실크 피브로인 다공질체 및 그 제조 방법{SILK FIBROIN POROUS MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 실크 피브로인 다공질체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

단백질이나 당류 등의 생물 유래 물질을 이용하여 제작 가능한 다공질체는, 창상(創傷) 피복재, 지혈용 스펀지, 약제 서방(徐放) 담체(擔體)나 색인구(索引具) 등의 의료 분야, 종이 기저귀나 생리 용품 등의 생활 일용품 분야, 미생물이나 세균 등의 서식처가 되는 지지체로서 활용할 수 있는 정수(淨水) 분야, 에스테틱 하우스나 개인 사용에 의한 보습(補濕) 등을 목적으로 한 화장품·에스테틱 분야, 조직 공학이나 재생의 공학에 있어서의 세포 배양 지지체나 조직 재생 지지체 등 산업상 폭 넓은 분야에서 이용된다.

이들 다공질체를 구성하는 생체 유래 물질로서는, 셀룰로오스나 키틴 등의 당류, 콜라겐, 케라틴, 피브로인 등의 단백질군이 알려져 있다.

이 중에서, 단백질로서는, 콜라겐이 가장 많이 이용되어 왔지만, BSE 문제가 발생한 후부터 소 유래의 콜라겐을 이용하기가 매우 곤란하게 되었다. 또한, 돼지 유래의 콜라겐에서는 새로운 감염증의 문제가 있으며, 어류 유래의 콜라겐에서는, 다공질체 강도의 문제가 있어 실용화가 곤란하다. 또한, 케라틴은, 양모나 깃털로부터 얻을 수 있지만, 원료 입수에 문제가 있으므로, 공업적으로 이용하는 것은 곤란하다. 양모는, 원료 가격이 매우 높으며, 깃털에 대해서는 시장이 형성되어 있지 않기 때문에, 원료의 입수가 용이하지 않다. 이에 비해, 피브로인은, 실크보다 용이하게 입수할 수 있으므로, 원료 입수의 관점에서 안정적인 공급을 기대할 수 있고, 또한 가격도 안정되어 있으므로, 공업적으로 이용하는 것이 용이하다.

또한, 피브로인은, 의류용도 이외에, 수술용 봉합사로서 오랫동안 사용되어 온 실적이 있으며, 현재는 식품이나 화장품의 첨가물로서도 이용되고 있고, 인체에 대한 안전성도 문제가 없으므로 상기 다공질체의 이용 분야에 충분히 적용할 수 있다.

실크 피브로인 다공질체를 제작하는 방법에 대해서는, 몇 가지가 보고되어 있다. 예를 들면, 피브로인 수용액을 급속 냉동시킨 후 결정화 용매에 침지(浸漬)하고, 융해와 결정화를 동시에 진행시킴으로써 피브로인의 다공질체를 제조하는 방법이 제안되어 있다(하기 특허 문헌 1). 그러나, 이 방법은 결정화 용매인 유기용매를 대량으로 사용할 필요가 있으며, 또한 용매의 잔류 가능성도 부정하지 못하여, 의료 분야 등의 전술한 응용 분야에서 사용하기에는 문제점이 있다.

또한, 피브로인 수용액의 pH를 6 이하로 유지하여 겔화시키거나 또는 그 수용액에 빈용매(poor solvent)를 첨가하여 겔화시키고, 얻어진 겔을 동결 건조시켜 피브로인의 다공질체를 제조하는 방법에 대하여 제안하고 있다(하기 특허 문헌 2). 그러나, 전술한 방법으로는 충분한 강도를 가진 다공질체를 얻을 수 없다.

또한, 피브로인 수용액을 냉동시킨 후에 장시간 동결 상태를 유지함으로써 다공질체를 제조하는 방법에 대하여 제안하고 있다(하기 특허 문헌 3). 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면 이 방법은 재현성이 부족하여, 다공질체를 제작할 수 없는 경우가 많았다.

한편, 전술한 실크 피브로인 다공질체의 제작 방법에 비해, 확실하고 간편하게 강도가 높은 피브로인의 다공질체를 얻는 방법에 대하여 보고되어 있다(하기 특허 문헌 4 및 하기 비특허 문헌 1). 특허 문헌 4 및 비특허 문헌 1에는, 피브로인 수용액에 대하여 소량의 유기용매를 첨가한 후, 일정 시간 동결시키고, 그 후 융해시킴으로써, 수분 함유율이 높고, 또한 역학적 강도가 우수한 하이드로겔을 제조할 수 있는 것에 대하여 개시하고 있다.

일본 특허출원 공개번호 평 8-41097호 공보 일본 특허출원 공고번호 평 6-94518호 공보 일본 특허출원 공개번호 2006-249115호 공보 일본 특허 제3412014호 공보

Biomacromolecules, 6, 3100-3106(2005)

특허 문헌 4의 방법에 의해 제작된 다공질체도, 그 제조 공정에서 소량의 유기용매를 사용하고 있으므로, 본 발명자들의 검토에 의하면, 그 잔류 용매를 제거하기 위해서는 대량의 초순수(超純水)에서의 투석 등을 이용하여, 장시간의 세정 공정을 필수적 행해야 한다. 또한, 장시간의 세정에 의해 검출 한계 이하의 농도까지 용매를 제거할 수 있다고 해도, 검출 한계 이하의 미량의 잔류 용매가 포함되어 있을 우려가 있으므로, 안전성이 요구되는 분야에서는 사용할 수 없다는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은, 유기용매를 포함하지 않으며, 안전성이 우수한 실크 피브로인 다공질체, 및 유기용매를 사용하지 않은 실크 피브로인 다공질체를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 검토를 거듭한 결과, 피브로인 수용액에 아미노산을 첨가한 용액을 동결시키고, 이어서, 융해시킴으로써 다공질체를 얻을 수 있는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명은, 실크 피브로인 및 아미노산을 필수 성분으로서 함유하는 실크 피브로인 다공질체 및 피브로인 수용액에 아미노산을 첨가한 피브로인 용액을 동결시키고, 이어서, 융해시킴으로써, 실크 피브로인 다공질체를 얻는 것을 특징으로 하는, 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 안정성이 높은 실크 피브로인 다공질체를 간편하게 얻을 수 있다.

도 1은 실시예 1에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 2는 실시예 2에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 3은 실시예 3에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 4는 실시예 5에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 5는 실시예 9에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 6은 실시예 12에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 7은 실시예 13에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 8은 실시예 14에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 9는 실시예 15에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 10은 실시예 16에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 11은 실시예 17에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 12는 실시예 18에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 13은 실시예 19에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 14는 실시예 20에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 15는 실시예 21에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 16은 실시예 22에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 17은 실시예 23에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 18은 실시예 24에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 19는 실시예 25에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 20은 실시예 26에서 제작한 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진이다.

본 발명의 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법은, 피브로인 수용액에 아미노산을 첨가한 피브로인 용액을 동결시키고, 이어서, 융해시킴으로써 다공질체를 얻는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법에 있어서는, 융해 후에 얻어진 다공질체를 순수(純水) 중에 침지(浸漬)시켜 세정함으로써 아미노산 농도를 조정할 수 있다. 여기서, 얻어진 실크 피브로인 다공질체에 잔류하고 있는 아미노산의 농도는, 다공질체를 제작할 때 가한 아미노산의 농도가 최대값이며, 다공질체를 세정하는 횟수나 시간 등에 의해, 0.01 질량% 내지 첨가한 아미노산 농도로 제어 가능하다. 또한, 이 세정 공정을 생략하여 아미노산을 함유시킨 다공질체를 적극적으로 얻을 수도 있다.

본 발명에 있어서 사용되는 피브로인은, 집누에, 야생누에, 천잠(天蠶) 등의 천연 누에나 유전자변형 누에로부터 생산되는 실크 유래인 것이 바람직하고, 그 제조 방법은 구애받지 않는다. 본 발명에서는, 피브로인 수용액으로서 사용하지만, 피브로인은 물에 대한 용해성이 좋지 못하여, 직접 물에 용해시키기 곤란하다. 피브로인 수용액을 얻는 방법으로서는, 공지의 어떠한 방법을 사용해도 되지만, 고농도의 브롬화 리튬 수용액에 피브로인을 용해시킨 후, 투석에 의한 탈염, 풍건(風乾)에 의한 농축을 거치는 방법이 간편하여, 바람직하다.

본 발명의 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법에 있어서, 피브로인의 농도는, 후술하는 아미노산을 첨가한 피브로인 용액 중 0.1～50 질량%인 것이 바람직하고, 0.5～20 질량%인 것이 보다 바람직하고, 1～12 질량%인 것이 더욱 바람직하다. 전술한 범위 내로 설정함으로써, 충분한 강도를 가진 다공질체를 효율적으로 제조할 수 있다. 또한, 실크 피브로인의 배합량을 조절함으로써, 요구되는 강도를 가지는 실크 피브로인 다공질체를 얻을 수 있다. 예를 들면, 보다 높은 강도의 실크 피브로인 다공질체를 얻고자 한다면, 실크 피브로인의 배합량을 최대 50 질량%의 범위 내에서 높임으로써 얻을 수 있지만, 30～50 질량%로 하는 것이 바람직하고, 40～50 질량%로 하는 것이 보다 바람직하다.

다음으로, 본 발명에 있어서, 피브로인 수용액에 첨가하는 아미노산으로서는, 유해한 것을 제외하고 특별히 제한은 없지만, 수용성인 것(수용성 아미노산)이 바람직하고, 물에 대한 용해도가 높은 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서 사용되는 아미노산으로서는, 예를 들면, 발린, 류신, 이소류신, 글리신, 알라닌, 세린, 트레오닌, 메티오닌 등의 모노아미노모노카르복시산, 아스파라긴산, 글루타민산 등의 모노아미노디카르복시산(산성 아미노산), 글루타민 등의 디아미노카르복시산 등의 지방족 아미노산; 페닐알라닌, 티로신 등의 방향족 아미노산; 프롤린, 하이드록시프롤린, 트립토판 등의 복소환을 가지는 아미노산 등이 있으며, 그 중에서도, 형태나 물성의 조정이 용이한 관점에서 산성 아미노산이나, 하이드록시프롤린, 세린, 트레오닌 등의 옥시아미노산이 바람직하다.

전술한 것과 동일한 관점에서, 산성 아미노산 중에서도 모노아미노디카르복시산이 보다 바람직하며, 아스파라긴산 및 글루타민산이 특히 바람직하고, 옥시아미노산 중에서도 하이드록시프롤린이 보다 바람직하다. 이들 아미노산은, 어느 1종을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 아미노산의 배합량은, 아미노산을 배합한 피브로인 수용액 중 0.01～18 질량%인 것이 바람직하고, 0.1～5 질량%인 것이 보다 바람직하며, 0.5～2 질량%인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 있어서 사용하는 아미노산은, 피브로인의 석출을 방지하는 관점에서, 수용액으로서 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 물에 대한 용해도가 낮은 아미노산을 사용하는 경우에는, 가열한 물에 아미노산을 용해시키고, 그 후 30℃ 이하(예를 들면, 실온)로 냉각시킨 아미노산 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 전술한 냉각 과정에서 아미노산이 석출된 경우에는, 여과 등의 방법으로 제거하는 것이 바람직하다.

그리고, 아미노산에는, L형과 D형의 광학 이성체가 있지만, 본 발명에 있어서는, L형과 D형을 사용한 경우에, 얻어지는 다공질체의 차이를 발견할 수 없으므로, 어느쪽 아미노산을 사용해도 된다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 특히 산성 아미노산을 사용한 경우에는, 실크 피브로인 수용액에 산성 아미노산을 첨가한 실크 피브로인 수용액을, 동결 전에 상기 용액이 응고되지 않는 온도에서 정치(靜置)함으로써, 보다 높은 강도의 실크 피브로인 다공질체를 얻을 수 있다. 이러한 산성 아미노산을 첨가한 실크 피브로인 수용액의 정치는, 상기 수용액을 형(型) 또는 용기에 주입하고, 소정의 온도 조건 하에서 행하면 된다.

정치할 때의 온도는, 응고되지 않는 온도이면 특별히 제한은 없지만, 응고가 용이하게 일어나지 않고, 용액이 용이하게 겔화되지 않고, 또는 피브로인 분자가 용이하게 분해되지 않는 것을 고려한다면, -5～50 ℃인 것이 바람직하고, -3～20 ℃인 것이 보다 바람직하고, 3～10 ℃인 것이 더욱 바람직하다. 정치하는 온도는, 실크 피브로인 수용액을 항온조(恒溫槽) 중에 넣거나 또는 다른 방법으로 조절할 수 있다. 실크 피브로인 수용액을 정치하는 온도를 조절함으로써, 얻어지는 실크 피브로인 다공질체의 세공(細孔) 직경이나 강도를 조정할 수 있고, 온도를 3～10 ℃로 함으로써, 세공 직경이 작고, 높은 강도의 다공질체를 얻을 수 있다.

실크 피브로인 수용액을 정치하는 시간에 특별히 제한은 두지 않지만, 정치하는 시간을 조절함으로써, 필요한 강도의 실크 피브로인 다공질체를 얻을 수 있다. 예를 들면, 보다 높은 강도의 다공질체가 필요하면, 정치 시간을 10시간 이상으로 하는 것이 바람직하고, 40시간～300시간으로 하는 것이 보다 바람직하고, 50시간～300시간으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법에서는, 피브로인 수용액에 아미노산을 첨가한 피브로인 용액을, 형 또는 용기 등에 주입하고, 저온 항온조 등에 넣어 동결시키고, 이어서, 융해시킴으로써, 실크 피브로인 다공질체를 제조한다.

동결 방법으로서는, 아미노산을 첨가한 피브로인 수용액을 즉시 동결 온도까지 온도를 낮추어서 동결시켜도 되지만, 동결 전에 아미노산을 첨가한 피브로인 수용액을, 일단 4～-9 ℃ 정도, 바람직하게는 0～-5 ℃ 정도에서 30분 이상 유지하여 반응 용기 내를 균일하게 한 후에, 동결 온도까지 낮추어서 동결시키는 것이 균일한 구조의 실크 피브로인 다공질체를 얻는데 있어서 바람직하다. 또한, 이 유지하는 온도를 -1～-9 ℃ 정도, 바람직하게는 -1℃～-5℃ 정도로 한 경우에는, 피브로인 수용액이, 동결 전에 과냉각 상태가 되는 온도(과냉각 온도)가 되어, 보다 균일한 구조의 실크 피브로인 다공질체를 얻을 수 있다. 또한, 이 과냉각 온도로 유지하는 시간을 조정하고, 과냉각 온도로부터 동결 온도로 낮출 때까지의 온도 구배(勾配)를 조정하는 것 등에 의해, 더욱 균일한 구조의 실크 피브로인 다공질체를 얻을 수 있는 점 외에 다공질체의 구조나 강도를 어느 정도 제어할 수 있다.

다음으로, 동결시킨 피브로인 용액을, 융해시킴으로써 다공질체를 얻는다. 융해 방법으로서는, 특별히 제한은 없으며, 자연 융해나 항온조에서의 보관 등을 예로 들 수 있지만, 자연 융해가 간편한 방법이다.

그리고, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 실크 피브로인 다공질체는, 다공질체 제작 시의 형 또는 용기를 적절하게 선택함으로써, 필름형, 블록형, 관형 등, 목적에 맞는 형상으로 만들 수 있다. 또한, 원료로서 사용하는 실크 피브로인이나 아미노산의 배합량 조정이나, 아미노산의 종류의 선택에 의해, 실크 피브로인 다공질체의 내부 구조와 경도를 조정할 수 있고, 다양한 경도를 가지는 겔상(狀) 혹은 시트형·블록형의 실크 피브로인 다공질체를 얻을 수 있다.

얻어진 다공질체에는 아미노산이 포함되지만, 용도에 따라 아미노산을 제거할 필요가 있는 경우에는, 순수 중에 정치하거나, 초음파 세정 등의 방법으로 다공질체로부터 아미노산을 제거하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 다공질체를, 순수 중에 침지하여, 아미노산을 제거하는 것이 가장 간편한 방법이 될 수 있다.

또한, 실크 피브로인 다공질체 제조 후에, 수분 농도를 조정하는 방법으로서는, 예를 들면, 실크 피브로인 다공질체를 건조시켜 수분을 증발시키는 방법이 있다. 건조 방법으로서는, 자연 건조, 동결 건조, 가열 건조 등을 예로 들 수 있지만, 건조 시의 수축이 억제되는 관점에서는, 동결 건조가 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 실크 피브로인 다공질체는, 스펀지형의 다공질 구조를 가지고 있으며, 통상적으로 이 다공질체에는 물이 포함되어, 함수(含水) 상태이다. 다공질에 포함되는 수분은, 자연 건조, 동결 건조, 가열 건조 등으로 제어할 수 있지만, 건조 시의 수축이 억제되는 관점에서는, 동결 건조가 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 다공질체 내의 세공의 크기(세공 직경)는 1～300 ㎛ 정도이며, 피브로인과 아미노산의 혼합비나, 전술한 바와 같이 동결시킬 때의 냉각 프로세스의 조건을 조정함으로써 어느 정도 제어할 수 있으며, 용도에 따라 결정된다. 특히, 정치를 행함으로써, 세공 직경을, 바람직하게는 1～50 ㎛와 같이 극히 작게 할 수 있다.

본 발명에 있어서의 실크 피브로인 다공질체의 인장 탄성율은, 적절하게 조정 가능하지만, 통상적으로 0.04～16 MPa 정도이며, 용도에 따라 적절한 경도를 가지는 것을 선택할 수 있다. 예를 들면, 강도가 높은 다공질체가 바람직한 용도에서는 실크 피브로인 다공질체 제작 시에 실크 피브로인 수용액의 농도를 20% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 이렇게 함으로써 매우 높은 강도를 가지는 다공질체를 얻을 수 있다. 여기서, 실크 피브로인 수용액에 산성 아미노산을 첨가한 후, 용액을 정치함으로써 강도를 더욱 높일 수도 있다. 연질의 다공질체가 바람직한 용도에서는 실크 피브로인 다공질체 제작 시에 실크 피브로인 수용액의 농도를 1～5 %로 하는 것이 바람직하고, 이렇게 함으로써 연질의 다공질체를 얻을 수 있다. 또한, 여기서 인장 탄성율은, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체로부터 40 mm×4 mm×4 mm의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 2 mm/min의 조건에서 인장했 때의 강도와 변형을 그래프화하고, 기울기로부터 구한 것이다.

또한, 본 발명에 있어서의 실크 피브로인 다공질체의 공극율(porosity)은, 실크 피브로인 다공질체 제작에 사용하는 실크 피브로인 수용액의 농도를 조정함으로써 용도에 따라 적절하게 조정 가능하다. 예를 들면, 높은 공극율이 요구되는 용도에 있어서는, 피브로인 수용액의 농도를 10 질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 이로써, 공극율 90% 이상의 다공질체를 얻을 수 있다. 여기서, 공극율은, 하기와 같이 얻어지는 값이다. 먼저, 얻어진 다공질체를 순수 중에 하루 동안 정치하여 완전 흡수 상태로 만들고, 칭량(稱量)한 후(습중량(wet weight)), 동결 건조시켜 다공질체 내의 수분을 완전히 제거하고, 다시 칭량한다(건조 중량). 이어서, 물의 밀도를 1 g/cm³, 피브로인의 밀도를 1.2 g/cm³, 함수 상태의 실크 피브로인 다공질체의 밀도를 1 g/cm³로 가정하고, 하기 식에 따라 얻어지는 값을 실크 피브로인 다공질체의 공극율로 하였다.

공극율 = (습중량 - 건조 중량/1.2)/습중량×100

이와 같이, 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 실크 피브로인 다공질체는 매우 큰 공극율을 가지며, 다양한 용도에 있어서, 우수한 성능을 나타낸다.

본 발명의 실크 피브로인 다공질체는, 용매를 포함하지 않기 때문에 안전성이 높다. 따라서, 의료 분야나, 인체 적용 분야에 대한 응용이 가능하다. 특히, 흡수성이 높고, 촉감이 양호하며, 또한 안전성에도 문제가 없으므로, 보습 등을 목적으로 한 화장품·에스테틱 분야 등에 널리 적용할 수 있다. 구체적으로는, 필링팩(peeling pack)이나 파우더 퍼프(powder puff)로서 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 아미노산을 다공질체 내에 포함하고 있으므로, 각질(角質)에 대한 보습 효과를 기대할 수 있으며, 스킨 케어 용도 등에 있어서 특히 유용하다. 구체적으로는, 필링팩이나 파우더 퍼프로서 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 동결에 사용되는 용기의 형상을 변경함으로써, 원하는 형상을 용이하게 얻을 수 있으므로, 예를 들면, 얼굴 형상에 맞춘 페이스 마스크로서 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체는, 흡수량을 변경함으로써 그 무게를 제어할 수 있으며, 또한 안전성에도 문제가 없으므로, 예를 들면, 내시경 관찰하에서 절제된 생체 조직을 견인(牽引)하기 위한 추로서 바람직하게 사용될 수 있다.

그 외에, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체는, 강도·흡수성이 높으며, 또한 안전성에도 문제가 없으므로, 창상 피복재나 약제 서방 담체, 지혈 스펀지 등의 의료 분야, 종이 기저귀나 생리용품 등의 생활 일용품 분야, 조직 공학이나 재생 의 공학에 있어서의 세포 배양 지지체나 조직 재생 지지체, 정수 용도·환경 분야에 있어서의 미생물이나 세균 등의 서식처가 되는 지지체 등에 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체 중, 특히 겔상의 것은 창상 피복재나, 보습, 피부염 개선, 미백 등을 목적으로 한 향장품(香粧品)으로서 바람직하게 사용할 수 있다.

아미노산에는 다양한 생리 작용이 있는 것으로 보고되어 있으므로, 본 발명의 아미노산을 함유하는 실크 피브로인 다공질체에도 아미노산에 기인하는 다양한 효과가 기대된다. 기대되는 구체적인 효과를 이하에서 나타낸다.

L-아르기닌, L-세린, L-프롤린, L-하이드록시프롤린 등의 아미노산은 도포하는 것에 의한 창상 치유 촉진 효과가 보고되어 있으므로, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체를 사용한 창상 피복재 및 겔상 외용제에는 창상 치유 촉진 효과를, 페이스 마스크 등의 스킨 케어 부재에는 살결이 거칠어지는 것을 개선하거나, 예방 효과 등을 기대할 수 있다.

L-글루타민산, L-아스파라긴산, 글리신, L-세린, L-리신, L-프롤린, L-하이드록시프롤린 등의 대부분의 아미노산은 도포함으로써 피부에 대한 보습 효과가 있는 것으로 보고되어 있으므로, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체를 사용한 페이스 마스크 등의 스킨 케어 부재에는 피부에 대한 보습 효과를 기대할 수 있다.

L-오르니틴이나 그 염 등 일부 아미노산은 피부에 도포함으로써 미백 효과가 있는 것으로 보고되어 있으므로, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체를 사용한 페이스 마스크 등의 스킨 케어 부재에는 미백 효과를 기대할 수 있다.

L-티로신, L-트립토판, L-페닐알라닌 등의 방향족 아미노산에는 자외선 흡수 효과가 있는 것으로 보고되어 있으므로, 본 발명의 실크 피브로인 다공질체를 사용한 페이스 마스크 등의 스킨 케어 부재에는, 선탠 방지 효과, 미백 효과 등을 기대할 수 있다.

전술한 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 실크 피브로인 다공질체는, 제조 공정으로부터 유래하는 아미노산을 함유한다. 따라서, 본 발명은 또한, 실크 피브로인 및 아미노산을 필수 성분으로서 함유하는 실크 피브로인 다공질체도 제공한다.

얻어진 실크 피브로인 다공질체 내에 함유되는 아미노산이 어느 정도 잔류하고 있는지에 대한 정량 분석은, 반슬라이크(Van Slyke)법, 닌하이드린 시험(ninhydrin test), 형광 라벨 분석, 모세관 전기 영동 분석 등에 의해 가능하다. 아미노산은, 카르복실기와 아미노기로 이루어지는 유기물이지만, 주로 아미노기를 검출하는 방법이 잘 알려져 있다. 그 중에서도, 자동 아미노산 분석계(예를 들면, 히타치 L-8500)를 사용하면, 아미노산의 정성·정량 분석을 간편하게 행할 수 있다. 자동 아미노산 분석계는, 이온 교환 수지로 아미노산을 분리시킨 후에, 닌하이드린 발색을 행하여 검출한다. 얻어진 실크 피브로인 다공질체에 잔류하고 있는 아미노산의 농도는, 다공질체를 제작할 때 가한 아미노산 농도가 최대값이며, 다공질체를 제작한 후에 세정하는 횟수나 시간 등에 의해, 다공질체 내의 아미노산 농도는, 0.01 질량% 내지 첨가한 아미노산 농도로 제어 가능하다. 다만, 사용한 피브로인이 모두 다공질체 성분이 되지 않고 일부가 잔류하고 있을 가능성이 있으므로, 측정 전에 필터 등을 이용하여 시험액으로부터 피브로인을 제거할 필요가 있다.

실시예

이하에서, 본 발명을 실시예에 따라 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

(피브로인 수용액의 조제)

피브로인 분말(KB세렌사 제조, 상품명: 「Silkpowder IM」) 20 g을 9 M의 브롬화 리튬 수용액 400 mL에 첨가하고, 실온에서 4시간 교반하여 용해시켰다. 원심분리(12,000 rpm, 5분간) 후, 경사분리(decantation)에 의해 침전된 불용물을 제거한 후, 투석 튜브(Spectrum Laboratories, Inc 제조, Spectra/PorR1 Dialysis Membrane, MWCO 6,000～8,000)에 주입하고, 순수 제조 장치(Millipore 제조, DirectQ-UV)로부터 채수(採水)한 초순수 5 L에 대하여 12시간의 투석을 5회 반복하고, 이어서, 투석 튜브 중 체적이 1/8 정도가 될 때까지 풍건에 의해 농축시켜, 실크 피브로인 수용액을 얻었다.

얻어진 실크 피브로인 수용액 2 mL를 폴리스티렌제 용기에 분취하고, 칭량 한 후, 고내(庫內) 온도를 사전에 -20℃ 정도로 조정해 둔, 프레온 가스를 사용하지 않은(CFC-free) 냉장 냉동고(히타치 제작소 제조, 「R-Y370」)의 냉동실에서 12시간에 걸쳐 동결시키고, 동결 건조기(EYELA사 제조, 「FDU-1200」) 중에서 7시간 동결 건조시켰다. 얻어진 건조물을 동결 건조기로부터 인출하여 30초 이내에 칭량하고, 중량 감소로부터 실크 피브로인 수용액 중의 실크 피브로인 농도(질량%)를 정량(定量)했다.

(아미노산 수용액의 조제)

L-아스파라긴산(아미노산)을 전술한 바와 같이 조제한 실크 피브로인 수용액과 혼합했을 때의 최종 농도가 1 질량%로 되는 양을 칭량하고, 80℃로 가열한 순수에 가한 후, 80℃를 유지하도록 가열하면서 10분간 교반하여 용해시킨 후, 정치하고 실온까지 냉각시켜, L-아스파라긴산 수용액(아미노산 수용액)을 얻었다.

(실크 피브로인 다공질체의 제조)

상기 실크 피브로인 수용액에 L-아스파라긴산 수용액을 첨가하고, 최종적으로 실크 피브로인 농도가 5 질량%, L-아스파라긴산 농도가 1 질량%인 실크 피브로인 용액을 조제했다.

이 실크 피브로인 용액을 알루미늄판으로 제작한 형(내측 사이즈; 80 mm×40 mm×4 mm)에 주입하고, 저온 항온조(EYELA사 제조, NCB-3300)에 넣어 동결 보존했다.

동결은, 사전에 저온 항온조를 -5℃로 냉각시켜 두고 저온 항온조 중에 실크 피브로인 용액이 넣어진 형을 투입하여 2시간 유지하고, 그 후, 냉각 속도 3℃/h로, 항온조 내가 -20℃로 될 때까지 5시간에 걸쳐 냉각시킨 후, -20℃에서 5시간 유지하였다. 동결시킨 시료를 자연 해동으로 실온으로 되돌린 후, 형으로부터 인출함으로써 실크 피브로인 다공질체를 얻었다. 상기 실크 피브로인 다공질체는, 형으로서 사용한 용기의 형상을 유지한 경질의 다공질체로 되었다.

본 발명의 제조 방법에 따라 얻어지는 실크 피브로인 다공질체는, 사용하는 목적에 따라서는, 얻어진 실크 피브로인 다공질체를 그대로 사용할 수도 있지만, 다공질체 내의 수분 중에 잔류되는 L-아스파라긴을 제거할 수도 있다. 본 실시예에서는, 얻어진 다공질체를 초순수에 침지하고, 초순수를 1일 2회, 3일간 교환함으로써, 사용한 L-아스파라긴산을 제거하였다.

(주사형 전자 현미경에 의한 관찰)

얻어진 실크 피브로인 다공질체의 구조를, 주사형 전자 현미경을 사용하여 관찰했다. 주사형 전자 현미경은, Philips사에서 제조한 XL30-FEG를 사용하여, 저진공 무증착 모드, 가속 전압 10 kV로 측정을 행하였다. 그리고, 실크 피브로인 다공질체의 구조는, 다공질체의 표면이 아닌, 다공질체를 절단하여 노출시킨 내부를 관찰했다. 얻어진 실크 피브로인 다공질체 단면의 주사형 전자 현미경 사진을 도 1에 나타낸다. 그리고, 사용한 아미노산을 제거하는 공정이 있는 경우에도, 없는 경우에도, 얻어지는 다공질체의 내부 구조는 기본적으로 동일하다. 상기 다공질체에서는, 세공이 관찰되며, 그 세공의 크기(세공 직경)는, 10～300 ㎛ 정도였다.

(인장 탄성율)

실크 피브로인 다공질체의 역학적 특성을, INSTRON사에서 제조한 마이크로 테스터 5548 모델을 사용하여 평가했다. 작성한 실크 피브로인 다공질체로부터 40 mm×4 mm×4 mm의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 2 mm/min의 조건에서 인장했을 때의 강도와 변형을 그래프화하고, 기울기로부터 인장 탄성율을 구하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 그리고, 인장 탄성율은, 제작한 다공질체로부터 5점의 시험편을 제작하고, 또한 서로 다른 날에 제작한 실크 피브로인 다공질체로부터 5점의 시험편을 잘라내어, 이들 10점에 대하여 측정한 평균값을 나타내고 있다.

(공극율)

얻어진 실크 피브로인 다공질체를 순수 중에 하루 동안 정치하여 완전 흡수 상태로 만들고, 칭량한 후(습중량), 동결 건조시켜 실크 피브로인 다공질체 내의 수분을 완전히 제거하고, 다시 칭량했다(건조 중량). 물의 밀도를 1 g/cm³, 실크 피브로인의 밀도를 1.2 g/cm³, 함수 상태의 실크 피브로인 다공질체의 밀도를 1 g/cm³로 가정하여, 하기 식에 따라 실크 피브로인 다공질체의 공극율을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

공극율 = (습중량-건조 중량/1.2)/습중량×100

실시예 2～11

실시예 1에 있어서, 첨가하는 아미노산, 실크 피브로인 농도, 및 정치를 행하는 경우에는 정치 조건을 표 2에 나타낸 바와 같이 한 점 이외는 실시예 1과 동일하게 행하여 실크 피브로인 다공질체를 얻었다. 이들 실시예에서 얻어진 실크 피브로인 다공질체는, 실시예 1과 동일하게, 형으로서 사용한 용기의 형상을 유지한 경질의 실크 피브로인 다공질체였다. 실시예 1, 2, 3, 5 및 9에서 얻어진 실크 피브로인 다공질체에 대하여, 실시예 1과 동일하게 관찰한 실크 피브로인 다공질체의 내부 단면의 주사형 전자 현미경 사진을 각각 도 2, 3, 4 및 5에 나타낸다. 또한, 실시예 1과 동일하게, 각종 물성을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 12～24

실시예 1에 있어서, L-아스파라긴산 대신, 표 1에 나타내는 아미노산을 사용한 점 이외는 실시예 1과 동일하게 행하여, 실크 피브로인 다공질체를 얻었다. 상기 실크 피브로인 다공질체는, 형으로서 사용한 용기의 형상을 유지한 것이며, 실시예 12～21에서 얻어진 실크 피브로인 다공질체는, 연질의 다공질체가 되는 경우와 겔상의 다공질체가 되는 경우가 있었다.

또한, 실시예 22～24에서 얻어진 실크 피브로인 다공질체는, 형으로서 사용한 용기의 형상을 유지한 겔상의 다공질체가 되었다. 실시예 12～24에서 얻어진 실크 피브로인 다공질체에 대하여, 실시예 1과 동일하게 관찰한 다공질체의 내부 단면의 주사형 전자 현미경 사진을 각각 도 6～18에 나타낸다. 상기 다공질체에는, 세공이 관찰되며, 그 세공의 크기(세공 직경)는, 10～300 ㎛ 정도였다.

실시예 25 및 26

실시예 1에 있어서, L-아스파라긴산 대신, 표 1에 나타낸 바와 같이, 각각 L-티로신 및 L-트립토판을 사용한 점 이외는 실시예 1과 동일하게 행하여, 실크 피브로인 다공질체를 얻었다. 다만, L-티로신 및 L-트립토판을 각각 순수에 용해시킨 후의 냉각 과정에서, L-티로신 및 L-트립토판의 석출이 일어나므로, 여과에 의해 석출물을 제거하였다. 얻어진 실크 피브로인 다공질체는, 형으로서 사용한 용기의 형상을 유지한 겔상의 다공질체가 되었다.

실시예 1과 동일하게여 관찰한 다공질체의 내부 단면의 주사형 전자 현미경 사진을 각각 도 19 및 20에 나타낸다. 모든 다공질체에 있어서, 세공이 관찰되며, 그 세공의 크기(세공 직경)는, 10～300 ㎛ 정도였다.

실시예 27～29

(아미노산 함유율)

얻어진 실크 피브로인 다공질체 내에 함유되는 아미노산의 정성·정량 분석을, 자동 아미노산 분석계(히타치사 제조, L-8500)를 사용하여 행하였다. 자동 아미노산 분석계는, 이온 교환 수지로 아미노산을 분리시킨 후, 닌하이드린 발색을 행하여 검출하기 위해 정량 분석뿐만 아니라, 정성 분석도 동시에 행할 수 있다. 다만, 사용한 실크 피브로인이 모두 다공질체 성분이 되지는 않으며 일부는 수용액 중에 잔류하고 있을 가능성이 있으므로, 측정 전에 시험액으로부터 실크 피브로인을 제거하였다.

실시예 1, 5, 9에서 제작한 실크 피브로인 다공질체를 마지막으로 초순수로 세정하는 공정에 있어서, 세정 전, 12시간 세정 후, 24시간 세정 후, 36시간 세정 후, 48시간 세정 후, 60시간 세정 후, 72시간 세정 후에 각각 시료를 회수하고, 이들 실크 피브로인 다공질체 내에 포함되는 수분을 회수했다. 다음으로, 밀리포어사에서 제조한 아미콘울트라 원심 필터 키트(분획 분자량: 5000 및 10000)를 사용하여, 실크 피브로인을 제거하고, 여과액을 회수했다. 이들 여과액을 자동 아미노산 분석계로 측정하여, 포함되는 아미노산의 정성·정량 분석을 행하였다. 시료량은 10 ㎕, 이온 교환 수지는 양이온 교환 수지인 ＃2622, 아미노산 분리 시의 컬럼 사이즈 4.6 mm×60 mm, 암모니아 트랩 시의 컬럼 사이즈 4.6 mm×40 mm, 유속 0.30 mL/분, 검출기는 570 nm와 440 nm의 가시 광선을 사용하였다. 얻어진 결과를 표 3에 나타낸다. 모든 실시예에 대하여, 세정 시간(횟수)과 함께, 실크 피브로인 다공질체 내의 아미노산이 점점 감소하는 것을 알았다. 따라서, 얻어진 실크 피브로인 다공질체에 잔류하고 있는 아미노산의 농도는, 다공질체를 제작할 때 가한 아미노산 농도가 최대값이며, 다공질체를 제작 후에 세정하는 횟수나 시간 등에 의해, 다공질체 내의 아미노산 농도는, 제로(0)로부터 가한 아미노산 농도까지 제어 가능하다. 그리고, 세정 전에 검출된 아미노산 농도가 실크 피브로인 다공질체 제작 시에 첨가한 농도 이하인 것은, 첨가한 아미노산의 일부가 다공질체를 형성하고 있는 실크 피브로인에 임의의 형태(예를 들면, 흡착 등)로 포함되어 있기 때문인 것으로 여겨진다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[산업상 이용가능성]

본 발명의 실크 피브로인 다공질체 및 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 실크 피브로인 다공질체는, 안전성이 우수하기 때문에, 의료 분야나, 인체에 적용하는 분야에 응용이 가능하다. 구체적으로는, 화장품·에스테틱 분야 등에 널리 적용할 수 있고, 얼굴 형상에 맞는 페이스 마스크로서 극히 유용하다.

또한, 창상 피복재나 약제 서방 담체, 지혈 스펀지 등의 의료 분야, 종이 기저귀나 생리용품 등의 생활 일용품 분야, 조직 공학이나 재생 공학에 있어서의 세포 배양 지지체나 조직 재생 지지체, 정수 용도·환경 분야에 있어서의 미생물이나 세균 등의 서식처가 되는 지지체 등 각종 산업에 적용이 가능하다.

Claims

실크 피브로인 및 아미노산을 함유하는 실크 피브로인 다공질체.
제1항에 있어서,
상기 아미노산이 산성 아미노산인, 실크 피브로인 다공질체.
제1항에 있어서,
상기 아미노산이 옥시아미노산인, 실크 피브로인 다공질체.
제2항에 있어서,
상기 산성 아미노산이 모노아미노디카르복시산인, 실크 피브로인 다공질체.
제4항에 있어서,
상기 모노아미노디카르복시산이 아스파라긴산 또는 글루타민산인, 실크 피브로인 다공질체.
제3항에 있어서,
상기 옥시아미노산이 하이드록시프롤린인, 실크 피브로인 다공질체.
피브로인 수용액에 아미노산을 첨가한 피브로인 용액을 동결시키고, 이어서, 융해시킴으로써, 다공질체를 얻는 것을 특징으로 하는 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법.
제7항에 있어서,
융해 후에 얻어진 상기 다공질체를, 순수(純水) 중에 침지(浸漬)시켜 상기 아미노산을 제거하는 공정을 추가로 포함하는 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법.
제7항에 있어서,
융해 후에 얻어진 상기 다공질체를, 순수 중에 침지시켜 상기 아미노산을 제거하는 공정을 포함하지 않는 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아미노산을 첨가한 피브로인 용액을 동결시키기 전에, 일정 시간 과냉각 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아미노산을 첨가한 피브로인 용액을 동결시키기 전에, 상기 용액이 응고되지 않는 온도에서 10시간 이상 정치(靜置)시키는 것을 특징으로 하는 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아미노산의 첨가량이, 피브로인 용액 중 0.01～18 질량%인, 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피브로인의 농도가, 상기 아미노산을 첨가한 피브로인 용액 중 0.1～40 질량%인, 실크 피브로인 다공질체의 제조 방법.