JPWO2020162626A1 - 組み換え構造タンパク質マルチフィラメント及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
改変フィブロインを含み、100本以上の構成単糸を有し、弾性率の変動係数が15%以下であり、強度の変動係数が15%以下であり、伸度の変動係数が33%未満である、マルチフィラメント。
[2]
上記マルチフィラメントの伸度の変動係数が20%以下である、[1]に記載のマルチフィラメント。
[3]
上記マルチフィラメントの伸度の変動係数が0.01%以上20%以下である、[1]又は[2]に記載のマルチフィラメント。
[4]
上記マルチフィラメントの伸度の変動係数が、0.01%〜0.1%未満、0.1%超〜1%未満、1%超〜5%未満、5%超〜10%未満、10%超〜15%未満又は15%超〜20%未満である、[1]〜[3]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[5]
上記マルチフィラメントの伸度の変動係数が15%以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[6]
上記マルチフィラメントの伸度の変動係数が10%以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[7]
上記マルチフィラメントの繊度の変動係数が20%以下である、[1]〜[6]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[8]
上記マルチフィラメントの強度の変動係数が10%以下であり、上記マルチフィラメントの弾性率の変動係数が10%以下である、[1]〜[7]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[9]
上記改変フィブロインの平均疎水性指標が−0.8超である、[1]〜[8]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[10]
上記改変フィブロインが、改変クモ糸フィブロインである、[1]〜[9]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[11]
紡糸後に不可逆的に収縮された収縮履歴を有する、[1]〜[10]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[12]
上記収縮履歴が、上記マルチフィラメントを水と接触させることで不可逆的に収縮された収縮履歴又は上記マルチフィラメントを加熱弛緩させることで不可逆的に収縮された収縮履歴である、[11]に記載のマルチフィラメント。
[13]
紡糸後に不可逆的に収縮された収縮履歴を有するマルチフィラメントが、下記式で定義される収縮率が5%以下である、[11]又は[12]に記載のマルチフィラメント。
収縮率[%]=(1−(湿潤状態から乾燥した際のマルチフィラメントの長さ/湿潤状態にした際のマルチフィラメントの長さ))×100
[14]
上記マルチフィラメントの繊度の変動係数が0.01%〜6.5%である、[1]〜[13]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[15]
上記マルチフィラメントの強度の変動係数が、0.01%〜3.8%である、[1]〜[14]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[16]
組み換え構造タンパク質を含み、100本以上の構成単糸を有し、伸度の変動係数が33%未満である、マルチフィラメント。
[17]
上記組み換え構造タンパク質が、下記(1)又は(2)を満たす、[16]に記載のマルチフィラメント。
(1)アミノ酸残基数150以上であり、アラニン残基含有量が12〜40%であり、かつグリシン残基含有量が11〜55%である
(2)セリン、スレオニン及びチロシンからなる群より選択される少なくとも1種のアミノ酸残基含有量、アラニン残基含有量及びグリシン残基含有量の合計が56%以上である
[18]
上記組み換え構造タンパク質が、上記(1)及び(2)の両方を満たす、[16]又は[17]に記載のマルチフィラメント。
[19]
上記組み換え構造タンパク質は、複数の反復配列単位を有しており、
上記反復配列単位のアミノ酸残基数が6〜200である、[16]〜[18]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[20]
上記組み換え構造タンパク質が、フィブロイン、コラ−ゲン、レシリン、エラスチン及びケラチン、並びにこれら由来のタンパク質からなる群から選択される少なくとも1種である、[16]〜[19]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[21]
上記組み換え構造タンパク質は、(A)nモチーフを含む、[16]〜[20]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[22]
100以上の孔数を有する紡糸ノズルから、組み換え構造タンパク質及び溶媒を含む紡糸原液を吐出して凝固液に接触させ、上記組み換え構造タンパク質を凝固させる工程を含む、マルチフィラメントの製造方法。
[23]
上記組み換え構造タンパク質が、下記(1)又は(2)を満たす、[22]に記載のマルチフィラメントの製造方法。
(1)アミノ酸残基数150以上であり、アラニン残基含有量が12〜40%であり、かつグリシン残基含有量が11〜55%である
(2)セリン、スレオニン及びチロシンからなる群より選択される少なくとも1種のアミノ酸残基含有量、アラニン残基含有量及びグリシン残基含有量の合計が56%以上である
[24]
上記組み換え構造タンパク質が、上記(1)及び(2)の両方を満たす、[22]又は[23]に記載のマルチフィラメントの製造方法。
[25]
上記組み換え構造タンパク質は、複数の反復配列単位を有しており、
上記反復配列単位のアミノ酸残基数が6〜200である、[22]〜[24]のいずれかに記載のマルチフィラメントの製造方法。
[26]
上記組み換え構造タンパク質が、フィブロイン、コラ−ゲン、レシリン、エラスチン及びケラチン、並びにこれら由来のタンパク質からなる群から選択される少なくとも1種である、[22]〜[25]のいずれかに記載の製造方法。
[27]
上記組み換え構造タンパク質は、(A)nモチーフを含む、[22]〜[26]のいずれかに記載のマルチフィラメント。
[28]
100以上の孔数を有する紡糸ノズルから、改変フィブロイン及び溶媒を含む紡糸原液を吐出して凝固液に接触させ、上記改変フィブロインを凝固させる工程を含む、マルチフィラメントの製造方法。
[29]
上記紡糸ノズルの孔数が100以上〜9000以下である、[28]に記載の製造方法。
[30]
上記改変フィブロインの平均疎水性指標が−0.8超である、[28]又は[29]のいずれかに記載の製造方法。
[31]
上記改変フィブロインが、改変クモ糸フィブロインである、[28]〜[30]のいずれかに記載の製造方法。
[32]
上記溶媒が、ギ酸、DMSO、及びHFIPからなる群の少なくとも1種の有機溶媒である、[28]〜[31]のいずれかに記載の製造方法。
[33]
上記凝固液が、炭素数1〜5の低級アルコール、ケトン、水及びPH0.25以上PH10.00以下の水溶液からなる群の少なくとも1種の成分を含む、[28]〜[32]のいずれかに記載の製造方法。
[34]
上記成分の含有量が、凝固液全量を100質量%として70質量%以上である、[33]に記載の製造方法。
[35]
上記凝固液が、メタノール、アセトン、水、塩化ナトリウム水溶液、硫酸ナトリウム水溶液及びギ酸水溶液からなる群の少なくとも1種を含む、[28]〜[34]のいずれかに記載の製造方法。
[36]
上記凝固液が、メタノール、硫酸ナトリウム水溶液及びギ酸水溶液からなる群の少なくとも1種を含む、[28]〜[35]のいずれかに記載の製造方法。
[37]
上記凝固液が有機溶媒を含有し、上記有機溶媒の含有量が、上記凝固液の全量を100質量%として、30質量%以下である、[28]〜[36]のいずれかに記載の方法。
構造タンパク質とは、生体構造を形成するタンパク質又はそれに由来するタンパク質を示す。組み換え構造タンパク質とは、遺伝子組み換え技術により製造した構造タンパク質である。組み換え構造タンパク質は、天然由来の構造タンパク質のアミノ酸配列を有してもよく、天然由来の構造タンパク質のアミノ酸配列に依拠してそのアミノ酸配列の一部を改変した改変構造タンパク質であってもよい。
(1)アミノ酸残基数150以上であり、アラニン残基含有量が12〜40%であり、かつグリシン残基含有量が11〜55%である
(2)セリン、スレオニン及びチロシンからなる群より選択される少なくとも1種のアミノ酸残基含有量、アラニン残基含有量及びグリシン残基含有量の合計が56%以上である
アラニン残基含有量=(組み換え構造タンパク質に含まれるアラニン残基の数/ポリペプチドの全アミノ酸残基の数)×100(%)
また、グリシン残基含有量、セリン残基含有量、スレオニン残基含有量及びチロシン残基含有量は、上記式において、アラニン残基をそれぞれグリシン残基、セリン残基、スレオニン残基及びチロシン残基と読み替えたものと同義である。
原料となる改変フィブロインは、特に限定されるものではなく、遺伝子組換え技術により微生物等で製造したフィブロインであってもよく、合成により製造されたフィブロインであってもよい。ただし、改変フィブロインから天然由来のフィブロインは除かれる。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。
上記いずれの実施形態に係る組み換え構造タンパク質も、例えば、当該組み換え構造タンパク質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。以下、改変フィブロインを例に説明する。
本実施形態に係る紡糸原液(ドープ液)は、組み換え構造タンパク質(例:改変フィブロイン)と溶媒とを含む。以下、組み換え構造タンパク質の一例として、改変フィブロインを含む紡糸原液について説明する。
本実施形態に係る凝固液としては、脱溶媒できる溶媒であればよく、例えば、メタノール、エタノール及び2−プロパノール等の炭素数1〜5の低級アルコール、アセトン等のケトン、水又はPH0.25以上PH10.00以下の水溶液等を挙げることができる。上記溶媒を適宜組み合わせて混合溶媒として使用してもよい。
酸水溶液としては、カルボン酸等の水溶液が挙げられ、カルボン酸の具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、クエン酸、及びシュウ酸等が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して水溶液として使用してもよい。例えば、酸水溶液は、クエン酸水溶液又はギ酸水溶液であってよい。
塩水溶液としては、有機塩、又は無機塩の塩水溶液、並びに有機塩及び無機塩の混合水溶液等が挙げられる。
〔紡糸工程〕
本実施形態に係るマルチフィラメントの製造方法は、100以上の孔数を有する紡糸ノズルを用いて、公知の湿式紡糸法、乾式紡糸法、乾湿式紡糸法又は溶融紡糸法等によって製造することができ、紡糸ノズルの孔数と同数の単糸で構成されるマルチフィラメント(構成本数100本以上のマルチフィラメント)が得られる。本実施形態のマルチフィラメントの製造方法は、例えば、図6又は図7に示す紡糸装置を使用して実施することができる。好ましい紡糸方法としては、湿式紡糸又は乾湿式紡糸を挙げることができる。以下、改変フィブロインマルチフィラメントの製造方法を例に説明する。
本実施形態の改変フィブロインマルチフィラメントの製造方法は、凝固させた改変フィブロイン(繊維状凝固体)を延伸する工程(延伸工程)を更に備えるものであってよい。延伸方法としては、湿熱延伸、乾熱延伸等をあげることができる。延伸工程は、例えば、凝固浴槽20内で実施してもよく、洗浄浴槽21内で実施してもよい。延伸工程はまた、空気中で実施することもできる。
本実施形態に係る改変フィブロインマルチフィラメントは、上述のマルチフィラメントを不可逆的に収縮させる収縮工程をさらに備えていてもよい。マルチフィラメントを不可逆的に収縮させる収縮工程では、マルチフィラメントを水と接触させることでマルチフィラメントを不可逆的に収縮させてもよく、及び/又はマルチフィラメントを加熱弛緩させることでマルチフィラメントを不可逆的に収縮させてもよい。水と接触させることでマルチフィラメントを不可逆的に収縮させる場合は、不可逆的に収縮させたマルチフィラメントを乾燥させて更に収縮させてもよい。
図8は、水との接触によるマルチフィラメント(改変フィブロインを含む繊維)の長さ変化の例を示す図である。本実施形態に係るマルチフィラメント(改変フィブロインを含む繊維)は、沸点未満の水に接触(湿潤)させることにより収縮する(一次収縮)特性を有する(図8中、「一次収縮」で示した長さ変化)。一次収縮後、乾燥させると更に収縮する(図8中、「二次収縮」で示した長さ変化)。二次収縮後、再度水に接触させると二次収縮前と同一又はそれに近似した長さにまで伸長し、以後乾燥と湿潤を繰り返すと、二次収縮と同程度の幅(図8中、「伸縮率(収縮率)」で示した幅)で、収縮と伸長を繰り返す。すなわち、マルチフィラメントを水と接触させることによる一次収縮は不可逆的な収縮である。したがって、収縮工程において、マルチフィラメントを水と接触させることで、本実施形態に係る不可逆的に収縮された収縮履歴を有する改変フィブロインマルチフィラメントを得ることができる。マルチフィラメントを水と接触させることによって不可逆的に収縮(一次収縮)させる工程を、以下「接触工程」と称する。
本実施形態に係る改変フィブロインマルチフィラメントの製造方法は、乾燥工程を更に備えるものであってもよい。乾燥工程は、接触工程を経たマルチフィラメント(又は接触工程を経て得られた改変フィブロインマルチフィラメント)を乾燥させて更に収縮させる工程である(図8の「二次収縮」に相当する)。乾燥は、例えば、自然乾燥でもよく、乾燥設備を使用して強制的に乾燥させてもよい。乾燥設備としては、接触型又は非接触型の公知の乾燥設備がいずれも使用可能である。また、乾燥温度も、例えば、マルチフィラメントに含まれる改変フィブロインが分解したり、マルチフィラメントが熱的損傷を受けたりする温度よりも低い温度であれが何ら限定されるものではないが、一般には、20〜150℃の範囲内の温度であり、50〜100℃の範囲内の温度であることが好ましい。温度がこの範囲にあることにより、繊維の熱的損傷、又は繊維に含まれる改変フィブロインの分解が生ずることなく、繊維が、より迅速且つ効率的に乾燥される。乾燥時間は、乾燥温度等に応じて適宜に設定され、例えば、過乾燥による改変フィブロインマルチフィラメントの品質及び物性等への影響が可及的に排除され得る時間等が採用される。
マルチフィラメントを不可逆的に収縮させる収縮工程を、マルチフィラメントを加熱弛緩させることによっておこなってもよい。マルチフィラメントの加熱弛緩は、マルチフィラメントを加熱し、加熱された状態にあるマルチフィラメントを弛緩させて収縮させることによりおこなうことができる。以下、マルチフィラメントの加熱弛緩による収縮において、マルチフィラメントを加熱する工程を「加熱工程」と称し、加熱された状体にあるマルチフィラメントを弛緩して収縮させる工程を「弛緩収縮工程」と称する。加熱工程及び弛緩収縮工程は、例えば、図11及び図12に示す高温加熱弛緩装置140によっておこなうことができる。
加熱工程では、マルチフィラメント36の加熱温度が、マルチフィラメント36に用いられる改変フィブロインの軟化温度以上であることが好ましい。本明細書における改変フィブロインの軟化温度とは、マルチフィラメント36の応力緩和による収縮が開始される温度である。改変フィブロインの軟化温度以上での加熱弛緩収縮では、単に繊維中の水分が離脱するだけでは得られない程度まで繊維が収縮し、その結果、紡糸過程での延伸により生じた繊維中の残留応力を除去することができる。
弛緩収縮工程では、弛緩倍率は、好ましくは1倍超であり、より好ましくは1.4倍以上であり、更により好ましくは1.7倍以上であり、特に好ましくは2倍以上である。弛緩倍率とは、マルチフィラメント36の巻き取り速度に対する送出し速度の比率であり、より具体的には、巻き取りローラ142による巻き取り速度に対する、送出しローラ141による送出し速度の比率である。
上述のようにして得られた、不可逆的に収縮された収縮履歴を有する改変フィブロインマルチフィラメントに対して、あるいは不可逆的に収縮する前のマルチフィラメントに対して、繊維内のポリペプチド分子間で化学的に架橋させる架橋工程をさらにおこなってもよい。架橋させることができる官能基は、例えば、アミノ基、カルボキシル基、チオール基及びヒドロキシ基等が挙げられる。例えば、ポリペプチドに含まれるリジン側鎖のアミノ基は、グルタミン酸又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。真空加熱下で脱水縮合反応を行なうことにより架橋してもよいし、カルボジイミド等の脱水縮合剤により架橋させてもよい。
本実施形態に係るマルチフィラメントは、組み換え構造タンパク質を含み、100本以上の構成単糸を有し、伸度の変動係数が33%未満である。ここで、構成単糸とはマルチフィラメント(糸条ともいう)を構成する単糸を意味し、構成本数とはマルチフィラメントを構成する単糸の本数(単糸数)を意味する。本実施形態に係るマルチフィラメントは、例えば、改変フィブロインを含み、また、マルチフィラメントの構成本数が100本以上であり、マルチフィラメントの弾性率の変動係数が15%以下であってもよく、マルチフィラメントの強度の変動係数が15%以下であってもよく、マルチフィラメントの伸度の変動係数が33%未満である。
弾性率の変動係数(CV)[%]=弾性率の標準偏差/弾性率の平均値×100
強度の変動係数(CV)[%]=強度の標準偏差/強度の平均値×100
伸度の変動係数(CV)[%]=伸度の標準偏差/伸度の平均値×100
繊度の変動係数(CV)[%]=繊度の標準偏差/繊度の平均値×100
本実施形態に係る紡糸後に不可逆的に収縮された収縮履歴を有するマルチフィラメントは、下記式で定義される収縮率が5%以下であることが好ましい。なお、下記式中のマルチフィラメントは、紡糸後に不可逆的に収縮された収縮履歴を有するマルチフィラメントである。
収縮率[%]=(1−(湿潤状態から乾燥した際のマルチフィラメントの長さ/湿潤状態にした際のマルチフィラメントの長さ))×100
本実施形態に係る改変フィブロインマルチフィラメントは、繊維又は糸(紡績糸、撚糸、仮撚糸、加工糸、混繊糸、又は混紡糸等)として、織物(布帛)、編み物、組み物、若しくは不織布等、並びに紙及び綿等に応用できる。また、ロープ、手術用縫合糸、電気部品用の可撓性止め具、さらには移植用生理活性材料(例えば、人工靭帯及び大動脈バンド)等の高強度用途にも応用できる。これらは、公知の方法に準じて製造することができる。
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C: 保温性指数=保温率(%)/試料の目付け(g/m2)
(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40を有する改変クモ糸フィブロイン(以下、「PRT966」ともいう。)及び配列番号15を有する改変クモ糸フィブロイン(以下、PRT799ともいう。)を設計した。なお、配列番号40で示されるアミノ酸配列は、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に置換した配列を有し、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。
(1)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4)にOD600が0.005となるように添加した。培養液温度を30℃に保ち、OD600が5になるまでフラスコ培養を行い(約15時間)、シード培養液を得た。
IPTGを添加してから2時間後に回収した菌体を20mM Tris−HCl buffer(pH7.4)で洗浄した。洗浄後の菌体を約1mMのPMSFを含む20mM Tris−HCl緩衝液(pH7.4)に懸濁させ、高圧ホモジナイザー(GEA Niro Soavi社製)で細胞を破砕した。破砕した細胞を遠心分離し、沈殿物を得た。得られた沈殿物を、高純度になるまで20mM Tris−HCl緩衝液(pH7.4)で洗浄した。洗浄後の沈殿物を100mg/mLの濃度になるように8M グアニジン緩衝液(8M グアニジン塩酸塩、10mM リン酸二水素ナトリウム、20mM NaCl、1mM Tris−HCl、pH7.0)で懸濁し、60℃で30分間、スターラーで撹拌し、溶解させた。溶解後、透析チューブ(三光純薬株式会社製のセルロースチューブ36/32)を用いて水で透析を行った。透析後に得られた白色の凝集タンパク質を遠心分離により回収し、凍結乾燥機で水分を除き、凍結乾燥粉末を回収することにより、改変フィブロイン(PRT966及びPRT799)を得た。
(1)紡糸原液(ドープ液)の調製
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)26質量%と、溶解用溶媒としてのギ酸(株式会社朝日化学社製、純度98%)74質量%とを混合し、攪拌しながら40℃のアルミブロックヒーターで1時間加温し、溶解させた。目開き1μmの金属フィルターで濾過し、脱泡して紡糸原液を得た。
(実施例1)
図6に示す紡糸装置を用いて紡糸した。調製した紡糸原液をリザーブタンク(貯槽)に充填し、ギアポンプを用いて孔数100ホールを有する紡糸ノズル(紡糸口金)から、エアギャップを介して紡糸原液を凝固浴槽中に吐出させ、原糸を形成させた。次いで、凝固させた原糸を水洗浄浴中で延伸した。水洗浄浴中における洗浄及び延伸後、乾熱板を用いて乾燥させ、得られた改変フィブロインマルチフィラメントをワインダーで巻き取った。マルチフィラメントの構成本数は100本であった。乾湿式紡糸の条件は以下のとおりであった。
紡糸口金の孔径:0.08mm
紡糸ノズルの孔数:100
凝固液:100%メタノール
凝固液の温度:10℃
水洗浄浴の温度:40℃
延伸浴の温度:40℃
総延伸倍率:4.4倍
乾燥温度:70℃
孔径0.1mm及び孔数360ホールを有する紡糸ノズルを用い、総延伸倍率を5.3倍とした他は、実施例1と同様にして乾湿式紡糸を行い、改変フィブロインマルチフィラメントを製造した。マルチフィラメントの構成本数は360本であった。
(実施例3)
図7に示す紡糸装置を用いて紡糸した。調製した紡糸原液をリザーブタンクに充填し、ギアポンプを用いて孔数200ホールを有する紡糸ノズルから、紡糸原液を凝固浴槽中で吐出させ、原糸(糸条)を形成させた。次いで、凝固させた原糸を水洗浄浴中で延伸した。水洗浄浴中における洗浄及び延伸後、乾熱板を用いて乾燥させ、得られた改変フィブロインマルチフィラメントをワインダーで巻き取った。マルチフィラメントの構成本数は200本であった。また、得られたマルチフィラメントはフィラメント軸方向に延びる凹部が表面に形成されていた。湿式紡糸の条件は以下のとおりであった。
紡糸ノズルの孔径:0.05mm
紡糸ノズルの孔数:200
凝固液:硫酸ナトリウム14.4質量%及び水65.6質量%(18質量%硫酸ナトリウム水溶液が80質量%)、並びにギ酸20質量%の混合溶液
凝固液の温度:40℃
水洗浄浴の温度:40℃
延伸浴の温度:60℃
総延伸倍率:4.3倍
乾燥温度:60℃
孔径0.1mm及び孔数1,000ホールを有する紡糸ノズルを用い、総延伸倍率を6.2倍とした他は、実施例3と同様にして湿式紡糸を行い、改変フィブロインマルチフィラメントを製造した。得られたマルチフィラメントの構成本数は1,000本であった。また、得られたマルチフィラメントはフィラメント軸方向に延びる凹部が表面に形成されていた(図13)。
紡糸原液(ドープ液)の濃度を31質量%とし、孔径0.08mm及び孔数1,664ホールを有する紡糸ノズルを用い、総延伸倍率を5.7倍とした他は、実施例3と同様にして湿式紡糸を行い、マルチフィラメントを製造した。得られたマルチフィラメントの構成本数は1,664本であった。
紡糸原液(ドープ液)の濃度を31質量%とし、孔径0.1mm及び孔数2,328ホールを有する紡糸ノズルを用い、総延伸倍率を5.7倍とした他は、実施例3と同様にして湿式紡糸を行い、マルチフィラメントを製造した。得られたマルチフィラメントの構成本数は2,328本であった。
紡糸原液(ドープ液)の濃度を31質量%とし、孔径0.08mm及び孔数3,000ホールを有する紡糸ノズルを用い、総延伸倍率を5.7倍とした他は、実施例3と同様にして湿式紡糸を行い、マルチフィラメントを製造した。得られたマルチフィラメントの構成本数は3,000本であった。マルチフィラメントの断面図を図14に示した。
実施例1〜4及び実施例9〜11で得られた改変フィブロインマルチフィラメントの弾性率[gf/D]、強度[g/D]、破断伸度[%]及び繊度[D]を測定した。以下の式を用いて、弾性率の変動係数、強度の変動係数、破断伸度の変動係数、及び繊度の変動係数をそれぞれ算出した。
弾性率の変動係数(CV)[%]=弾性率の標準偏差/弾性率の平均値×100
強度の変動係数(CV)[%]=強度の標準偏差/強度の平均値×100
伸度の変動係数(CV)[%]=伸度の標準偏差/伸度の平均値×100
繊度の変動係数(CV)[%]=繊度の標準偏差/繊度の平均値×100
なお、用いた改変フィブロインの密度[g/cm3]は、1.34[g/cm3]であった。
(4)収縮工程及び乾燥工程
実施例1〜4で得られた改変フィブロインのマルチフィラメントを、長さ約30cmにカットし、各マルチフィラメント束を40℃の水に90秒浸漬し収縮させた。その後、各マルチフィラメント束を水中から取り出して乾燥させ、乾燥後の各マルチフィラメント束の長さを測定した。
上記(4)で得られた改変フィブロインマルチフィラメントの収縮性は、以下の方法で求められる収縮率を指標として評価した。サンプル数をn=3とし、下記式に従って算出した。算出結果を表8に示した。
収縮率[%]=(1−(湿潤状態から乾燥した際のマルチフィラメントの長さ/湿潤状態にした際のマルチフィラメントの長さ))×100
(1)ドープ液の調製
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)31質量%と、溶解用溶媒としてのギ酸(株式会社朝日化学工業所製、純度99%)69質量%とを混合し、攪拌しながら40℃のアルミブロックヒーターで1時間加温し、溶解させた。目開き1μmの金属フィルターで濾過し、脱泡してドープ液を調製した。
(2)剥離性試験
紡糸ノズル(紡糸口金)の材質に対するドープ液の剥離性の評価を行った。材質の異なる円形の試験片の表面に、約φ15mmの範囲内でドープ液をそれぞれ滴下した。これらを凝固液中に沈め、5秒経過後に凝固液中で各試験片表面からドープ液(半凝固物)を引き剥がした。ドープ液(半凝固物)を引き剥がす際に要した力の程度により、紡糸ノズル材質に対するドープ液の剥離性を評価した。用いた紡糸ノズルの材質と評価結果を表9に示した。凝固液は、濃度18質量%の硫酸ナトリウム水溶液とギ酸をそれぞれ80質量%と20質量%の割合で混合した混合溶液とした。剥離性の評価指標は以下のとおりとした。
○:剥離性が良好(軽い力でドープ液(半凝固物)を剥離可能)
△:剥離性が悪い(○評価の材質に比べて、ドープ液(半凝固物)の剥離に大きな力を要する)
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 (15)
- 改変フィブロインを含み、100本以上の構成単糸を有し、弾性率の変動係数が15%以下であり、強度の変動係数が15%以下であり、伸度の変動係数が33%未満である、マルチフィラメント。
- 前記マルチフィラメントの伸度の変動係数が20%以下である、請求項1に記載のマルチフィラメント。
- 前記マルチフィラメントの伸度の変動係数が10%以下である、請求項1又は2に記載のマルチフィラメント。
- 前記マルチフィラメントの繊度の変動係数が20%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のマルチフィラメント。
- 前記マルチフィラメントの強度の変動係数が10%以下であり、前記マルチフィラメントの弾性率の変動係数が10%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のマルチフィラメント。
- 前記改変フィブロインの平均疎水性指標が−0.8超である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のマルチフィラメント。
- 前記改変フィブロインが、改変クモ糸フィブロインである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のマルチフィラメント。
- 紡糸後に不可逆的に収縮された収縮履歴を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のマルチフィラメント。
- 前記収縮履歴が、前記マルチフィラメントを水と接触させることで不可逆的に収縮された収縮履歴又は前記マルチフィラメントを加熱弛緩させることで不可逆的に収縮された収縮履歴である、請求項8に記載のマルチフィラメント。
- 紡糸後に不可逆的に収縮された収縮履歴を有するマルチフィラメントが、下記式で定義される収縮率が5%以下である、請求項8又は9に記載のマルチフィラメント。
収縮率[%]=(1−(湿潤状態から乾燥した際のマルチフィラメントの長さ/湿潤状態にした際のマルチフィラメントの長さ))×100 - 前記マルチフィラメントの繊度の変動係数が0.01%〜6.5%である、請求項1〜10のいずれか1項に記載のマルチフィラメント。
- 前記マルチフィラメントの強度の変動係数が0.01%〜3.8%である、請求項1〜11のいずれか1項に記載のマルチフィラメント。
- 組み換え構造タンパク質を含み、100本以上の構成単糸を有し、伸度の変動係数が33%未満である、マルチフィラメント。
- 100以上の孔数を有する紡糸ノズルから、改変フィブロイン及び溶媒を含む紡糸原液を吐出して凝固液に接触させ、前記改変フィブロインを凝固させる工程を含む、マルチフィラメントの製造方法。
- 100以上の孔数を有する紡糸ノズルから、組み換え構造タンパク質及び溶媒を含む紡糸原液を吐出して凝固液に接触させ、前記組み換え構造タンパク質を凝固させる工程を含む、マルチフィラメントの製造方法。
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