(57)【要約】溶媒を含有する溶解液の薄膜を流動させながら、該薄膜に、フィブロインを含むタンパク質粉体を連続的に導入し、それにより溶解液及び溶解液中に分散したタンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程と、スラリー中のタンパク質粉体を溶解液に溶解させることにより、フィブロイン溶液を形成する工程と、を備える、フィブロイン溶液を製造する方法が開示される。
2020054873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒を含有する溶解液の薄膜を流動させながら、該薄膜に、フィブロインを含むタンパク質粉体を連続的に導入し、それにより前記溶解液及び前記溶解液中に分散した前記タンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程と、
前記スラリー中の前記タンパク質粉体を前記溶解液に溶解させることにより、フィブロイン溶液を形成する工程と、を備える、
フィブロイン溶液を製造する方法。
【請求項２】
前記溶解液を面上に連続的に供給することにより、前記溶解液の薄膜を前記面上で流動させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スラリーを形成する前記工程が、
前記溶解液を、定量ポンプにより回転体の回転面上に連続的に供給し、それにより前記回転面上で前記溶解液の薄膜を流動させることと、
前記タンパク質粉体を定量フィーダーにより連続的に供給し、それにより前記タンパク質粉体を前記回転面上の前記薄膜に連続的に導入することと、
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スラリーをインラインミキサーで攪拌しながら加熱することにより、前記スラリー中の前記タンパク質粉体を前記溶解液に溶解させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記フィブロイン溶液を、インラインミキサーで攪拌しながら冷却する工程を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記フィブロイン溶液を脱泡する工程を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記フィブロイン溶液を濾過することにより、不溶物を除去する工程を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記溶媒が、ジメチルスルホキシド、ギ酸及びヘキサフルオロイソプロパノールからなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記溶解液が無機塩を更に含有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記フィブロインが改変フィブロインである、請求１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
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１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法によってフィブロイン溶液を得ることと、
前記フィブロイン溶液を成形用原液として用いた成形によって、フィブロインを含有するタンパク質成形体を得ることと、
を含む、タンパク質成形体を製造する方法。
【請求項１３】
前記タンパク質成形体がタンパク質繊維である、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィブロイン溶液を製造する方法、及びタンパク質成形体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遺伝子改変フィブロインは、石油資源を代替し得る素材としての利用が期待されている。例えば特許文献１では、遺伝子改変フィブロインを適切な溶媒に溶解し、得られたフィブロイン溶液を紡糸原液として用いて繊維を得る技術が提案されている。【０００３】
ところで、ポリマー材料の溶液を製造する方法に関連して、例えば特許文献２は、アクリルニトリル系重合体が分散したスラリーを得た後、アクリルニトリル系重合体を溶解させる方法を教示している。特許文献２は、溶媒を冷却することによりアクリルニトリル系共重合体の溶解性を低減させることによって、継粉を抑制しながらスラリーを得ることにも言及している。また、特許文献３では、アクリル繊維を製造するための紡糸溶液の調製方法に関して、溶媒の溶解能力を低減させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１２９６３９号公報
【特許文献２】特開２０１５−０７８４５１号公報
【特許文献３】特開２０１５−１３２０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フィブロインを含む粉体を溶媒に分散させてスラリーを得た後、粉体を溶媒に溶解させる方法によって、高濃度のフィブロイン溶液を効率的に製造できることが期待される。しかし、その場合、スラリーを形成する工程における継粉の発生が問題となり得る。【０００６】
しかし、フィブロイン溶液の製造において、スラリーを形成する工程における継粉の発生を十分に抑制する実用的な方法は、従来知られていなかった。フィブロインの場合、実用的に適用できる良溶媒はジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）及びギ酸等の融点の高い溶媒に限られているため、特許文献２に言及される、溶媒の冷却による溶解性の制御による方法は、適用が困難である。また、貧溶媒の併用によって溶媒の溶解性を低下させると、ゲルが発生し易くなる傾向がある。貧溶媒を用いる場合、スラリーを形成した後、貧溶媒を含む溶媒にフィブロインを溶解させるために高温での加熱が必要となるという問題もある。高温での加熱を経ると、タンパク質成形体の物性が低下する可能性がある。【０００７】
本発明の一側面の目的は、良好な物性のタンパク質成形体を与え得るフィブロイン溶液を、スラリーの形成における継粉の発生を抑制しながら効率的に製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面は、溶媒を含有する溶解液の薄膜を流動させながら、該薄膜にフィブロインを含むタンパク質粉体を連続的に導入し、それにより前記溶解液及び前記溶解液中に分散した前記タンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程と、
前記スラリー中の前記タンパク質粉体を前記溶解液に溶解させることにより、フィブロイン溶液を得る工程と、を備える、フィブロイン溶液を製造する方法を提供する。【０００９】
本発明の別の一側面は、上記方法によってフィブロイン溶液を得ることと、前記フィブロイン溶液を成形用原液として用いた成形によって、フィブロインを含有するタンパク質成形体を得ることと、を含む、タンパク質成形体を製造する方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一側面に係る方法によれば、良好な物性のタンパク質成形体を与え得るフィブロイン溶液を、スラリーの形成における継粉の発生を抑制しながら、連続的且つ効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】タンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程の一実施形態を示す模式図である。
【図２】タンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程の一実施形態を示す模式図である。
【図３】タンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程の一実施形態を示す模式図である。
【図４】スラリーからフィブロイン溶液を形成する工程の一実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
（フィブロイン溶液を製造する方法）
フィブロイン溶液を製造する方法の一実施形態は、溶解液の薄膜を流動させながら、該薄膜に、フィブロインを含むタンパク質粉体を連続的に導入し、それによりスラリーを形成する分散工程と、スラリー中のタンパク質粉体を溶解液に溶解させることにより、フィブロイン溶液を得る溶解工程とを備える。
【００１４】
図１は、タンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程（分散工程）の一実施形態を示す模式図である。図１に示す方法では、回転面Ｓを有する回転駆動可能な板状の回転体１０を備えた混合装置２０が用いられる。回転体１０を回転させながら、タンパク質粉体１及び溶解液３が、それぞれ回転体１０の回転面Ｓ上に供給される。溶解液３は回転面Ｓ上でその外周方向に向けて流下することにより、流動する薄膜３ａを形成する。流動する薄膜３ａとタンパク質粉体１とが回転面Ｓ上で混合される。その結果形成されるスラリー５は、溶解液及び溶解液中に分散したタンパク質粉体を含有する。図１では、便宜上、溶解液の薄膜３ａとスラリー５との明確な境界が示されている。ただし、タンパク質粉体が導入された薄膜３ａは流動しながら徐々にスラリー５を形成するため、通常、薄膜３ａとスラリー５との間に明確な境界が形成されることはない。
【００１５】
回転体１０は円盤状である。回転面Ｓは円形の平面である。回転面Ｓの中央部に、粉体の流動を制御する円錐形の制御部１２が設けられている。ただし、回転体の形状はこれに限定されない。例えば回転面が円錐形であってもよい。その場合、通常、溶解液の薄膜は螺旋状に流動する。回転体が、円柱状であってもよい。回転面が任意の凹凸を形成していてもよい。図１の実施形態のように、円形の回転面Ｓ及び制御部１２を有する円盤状の回転体１０は、分散効率、処理効率及び装置のエネルギー消費の点で有利である。回転体１０は、モーター等の駆動装置に接続されたシャフト１１によって回転駆動される。回転体１０の回転速度は、特に制限されないが、例えば５０〜１０００ｒｐｍであってもよい。回転面Ｓの幅は、特に制限されないが、例えば５０〜１０００ｍｍであってもよい。
【００１６】
図１の実施形態の場合、溶解液３は、回転面Ｓの近傍に設けられた２つの溶解液投入口２１に接続された導入管２３中を移動し、次いで溶解液投入口２１から回転面Ｓに供給される。供給された溶解液３は、回転面Ｓ上で流動する薄膜３ａを形成する。形成された溶解液３の薄膜３ａに対して、回転面Ｓ上をその中央部から外周方向に向けて流動するタンパク質粉体１が直ちに合流する。これにより、流動している薄膜３ａにタンパク質粉体１が導入される。流動している溶解液３の薄膜３ａにタンパク質粉体１を導入することにより、タンパク質粉体１が特定の位置に集中することなく、速やかに均一に分散される。その結果、継粉の発生を抑制しながら、タンパク質粉体１を効率的に溶解液３中に分散させることができる。
【００１７】
溶解液３は、フィブロインを溶解する溶媒を含有する。汎用のポンプで溶解液３を送液しながら、その流量を計測し制御してもよい。流量の変動を抑制するという観点からは、定量ポンプによって溶解液３を連続的に供給してもよい。定量ポンプの例としては、ギヤポンプ、及び一軸偏心ねじポンプが挙げられる。流量の制御精度の点からは、ギヤポンプがより優れている。溶解液３の流量は、例えば１〜３０００ｋｇ／時であってもよい。
【００１８】
溶解液３中の溶媒は、例えば、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）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、及びギ酸からなる群より選ばれる少なくとも１種を含んでもよい。フィブロインの溶解性の観点から、溶媒は、ジメチルスルホキシド、ギ酸、ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）、又は、これらの組み合わせを含む混合溶媒であってもよい。
【００１９】
溶解液３は、溶媒に溶解した１種又は２種以上の無機塩を更に含有してもよい。無機塩によってフィブロインの溶解を促進することができる。無機塩は、例えば、以下に示すルイス酸とルイス塩基とからなる無機塩であってよい。ルイス塩基の例としては、オキソ酸イオン（硝酸イオン、過塩素酸イオン等）、金属オキソ酸イオン（過マンガン酸イオン等）、ハロゲン化物イオン、チオシアン酸イオン、及びシアン酸イオンが挙げられる。ルイス酸の例としては、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン等の金属イオン、アンモニウムイオン等の多原子イオン、及び錯イオンが挙げられる。
【００２０】
無機塩の具体例としては、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、過塩素酸リチウム、及びチオシアン酸リチウム等のリチウム塩、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、硝酸カルシウム、過塩素酸カルシウム、及びチオシアン酸カルシウム等のカルシウム塩、塩化鉄、臭化鉄、ヨウ化鉄、硝酸鉄、過塩素酸鉄、及びチオシアン酸鉄等の鉄塩、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、硝酸アルミニウム、過塩素酸アルミニウム、及びチオシアン酸アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硝酸カリウム、過塩素酸カリウム、及びチオシアン酸カリウム等のカリウム塩、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硝酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、及びチオシアン酸ナトリウム等のナトリウム塩、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、硝酸亜鉛、過塩素酸亜鉛、及びチオシアン酸亜鉛等の亜鉛塩、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、硝酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、及びチオシアン酸マグネシウム等のマグネシウム塩、塩化バリウム、臭化バリウム、ヨウ化バリウム、硝酸バリウム、過塩素酸バリウム、及びチオシアン酸バリウム等のバリウム塩、並びに、塩化ストロンチウム、臭化ストロンチウム、ヨウ化ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、過塩素酸ストロンチウム、及びチオシアン酸ストロンチウム等のストロンチウム塩が挙げられる。無機塩は、塩化リチウム、塩化カルシウム又はこれらの組み合わせであってよい。
【００２１】
無機塩の含有量は、溶解液の全質量に対して、０．１質量％以上、１質量％以上、４質量％以上、７質量％以上、１０質量％以上、又は１５質量％以上であってよく、２０質量％以下、１６質量％以下、１２質量％以下、又は９質量％以下であってよい。無機塩の含有量は、溶解液の全質量に対して、０．１質量％以上で２０質量％以下、１６質量％以下、１２質量％以下、又は９質量％以下であってもよく、１質量％以上で２０質量％以下、１６質量％以下、１２質量％以下、又は９質量％以下であってもよく、４質量％以上で２０質量％以下、１６質量％以下、１２質量％以下、又は９質量％以下であってもよく、７質量％以上で２０質量％以下、１６質量％以下、１２質量％以下、又は９質量％以下であってもよく、１０質量％以上で２０質量％以下、１６質量％以下、１２質量％以下、又は９質量％以下であってもよく、１５質量％以上で２０質量％以下、１６質量％以下、１２質量％以下、又は９質量％以下であってもよい。
【００２２】
タンパク質粉体１は、例えばフィーダーにより、回転面Ｓの上方に設けられた粉体投入口３０から回転面Ｓの中央部に向けて連続的に供給される。これにより、溶解液で濡れた部分に接触することなく、タンパク質粉体１が溶解液３の薄膜に導入される。溶解液の薄膜に導入される前のタンパク質粉体が回転体上で少量の溶解液と接触すると、タンパク質粉体が回転体等に付着し、これが連続的な分散の妨げとなる可能性がある。
【００２３】
タンパク質粉体１を供給するためのフィーダーは、定量フィーダーであってもよい。定量フィーダーを用いることにより、フィブロインの濃度が安定したフィブロイン溶液が得られ易い。フィブロインの濃度の変動は、タンパク質繊維等のタンパク質成形体の品質に顕著に影響し得る。タンパク質粉体１の供給速度は、例えば１〜１０００ｋｇ／時であってもよい。
【００２４】
タンパク質粉体１を構成する個別の一次粒子の形状は、特に限定されない。一次粒子が粒状物であってもよい。一次粒子の粒子径が小さいと、継粉が発生しやすい傾向があるが、その場合でも、本実施形態によれば継粉の発生を抑制することができる。
【００２５】
スラリー５が形成される過程で熱が発生することがある。そのため、混合装置を冷却してもよいし、供給される溶解液３を予め冷却してもよい。混合装置は、例えば装置を囲むジャケットにより冷却することができる。ジャケット及び溶媒の冷却温度は、−２０℃以上３０℃以下、−１０℃以上２０℃以下、０℃以上１５℃以下、又は５℃以上１０℃以下であってもよい。
【００２６】
図２は、タンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程（分散工程）の他の一実施形態を示す模式図である。図２に示す混合装置２０は、回転面Ｓの上方に設けられた環状の滞留槽２５を有する。滞留槽２５は、回転面Ｓと対向する底面２５Ａと、回転面Ｓの中央部の上方に開口を形成する内周面２５Ｂとを有する。溶解液３は、滞留槽２５内で滞留した後、内周面２５Ｂの上部から内周面２５Ｂ上を薄膜３ａを形成しながら流下し、内周面２５Ｂの下部で回転面Ｓ上に供給される。タンパク質粉体１が、回転面Ｓの上方に設けられた粉体投入口３０から回転面Ｓの中央部に向けて連続的に供給され、回転面Ｓ上の内周面２５Ｂの下部の位置で溶解液３の薄膜と合流する。
【００２７】
図３も、タンパク質粉体を含有するスラリーを形成する工程（分散工程）の他の一実施形態を示す模式図である。図３に示す混合装置２０は、回転面Ｓの上方に設けられた環状の滞留槽２５を有する。滞留槽２５は、回転面Ｓと対向する底面２５Ａと、回転面Ｓの中央部の上方に開口を形成する内周面２５Ｂとを有する。溶解液３は、滞留槽２５内で滞留した後、内周面２５Ｂの上部から内周面２５Ｂ上を薄膜３ａを形成しながら流下し、内周面２５Ｂの下部で回転面Ｓ上に供給される。
【００２８】
図３の混合装置２０は、回転面Ｓの中央部から粉体投入口３０に向けて延びた柱状部１５を更に有している。柱状部１５の先端に、タンパク質粉体１の流動を制御する円錐形の制御部１２が設けられている。タンパク質粉体１は、粉体投入口３０から制御部１２に向けて連続的に供給される。制御部１２によって方向を変えて流動するタンパク質粉体１が、内周面２５Ｂ上を流動する、回転面Ｓ上に到達する前の薄膜３ａに合流する。これにより、タンパク質粉体１が溶解液３の回転面Ｓ上の薄膜３ａに導入される。
【００２９】
図２及び図３の実施形態のその他の構成は、図１の実施形態と同様である。
【００３０】
以上例示した方法に用いられる混合装置の例としては、株式会社粉研パウテックス製のフロージェットミキサー（型式ＭＷ−Ｊ−３００）がある。
【００３１】
図４は、スラリーからフィブロイン溶液を形成する工程（溶解工程）の一実施形態を示す模式図である。図４に示されるインラインミキサー４０は、配管４１と、配管４１の内部に収容されたスタティックミキサーエレメント４３と、配管４１の外周面を覆うジャケット４５とを有する。ジャケット４５は、熱媒入口４５ａ及び熱媒出口４５ｂを有している。所定の温度に加熱された熱媒が熱媒入口４５ａから熱媒出口４５ｂにかけて流動する。これにより、インラインミキサー４０を通過するスラリー５が加熱される。
【００３２】
スラリー５は、配管４１の一方の端部から導入され、配管４１内でスタティックミキサーエレメント４３によって攪拌されるとともに、ジャケット４５から伝わる熱によって加熱される。これにより、スラリー５中のタンパク質粉体が溶解液に溶解して、フィブロイン溶液７が形成される。形成されたフィブロイン溶液７が配管４１の他方の端部から排出される。
【００３３】
ジャケット４５に導入される熱媒の温度（加熱温度）は、インラインミキサーから排出されるフィブロイン溶液が目的の温度に到達するように調整される。インラインミキサー４０から排出されるフィブロイン溶液７の温度は、２０℃以上１２０℃以下、３０℃以上１００℃以下、４０℃以上９０℃以下、又は５０℃以上８０℃以下であってもよい。この温度が２０℃未満であると、未溶解のフィブロインが多く残る傾向がある。この温度が１２０℃を越えると、フィブロインが熱分解する可能性がある。
【００３４】
インラインミキサー４０の配管４１の内径及び長さ、並びに、スタティックミキサーエレメント４３の数は、タンパク質粉体が溶解液に良好に溶解するように、選択される。スラリー５が配管４１を通過する時間、すなわち溶解時間は、１０秒以上３００秒以下、は２０秒以上２００秒以下、３０秒以上１２０秒以下、又は４０秒以上９０秒であってもよい。溶解時間が１０秒以上であると、タンパク質粉体を十分に溶解し易い。３００秒の溶解時間は、十分な溶解のために通常十分である。過剰に長い溶解時間は、不必要に巨大な装置を必要とする。
【００３５】
スラリー中のタンパク質粉体を溶解液に溶解させる方法は、図４に例示されるインラインミキサーを用いる方法に限定されない。例えば、攪拌槽内での加熱、溶媒の追加、混合溶媒の使用、塩の添加、又はこれらの組み合わせによって、タンパク質粉体を溶解液に溶解させてもよい。
【００３６】
フィブロイン溶液を製造する方法は、フィブロイン溶液を濾過することにより、不溶物を除去する工程を更に備えていてもよい。溶解工程のインラインミキサーから排出されたフィブロイン溶液を、インラインミキサーの下流に設けられたフィルターによって濾過してもよい。フィブロイン溶液を、その温度が高い間に濾過すると、溶液の粘度が低いために圧力損失が少ない。
【００３７】
フィブロイン溶液を製造する方法は、フィブロイン溶液を脱泡する工程を更に備えていてもよい。溶解工程のインラインミキサーから排出されたフィブロイン溶液を、インラインミキサーの下流に設けられた脱泡装置によって脱泡してもよい。フィブロイン溶液を、その温度が高い間に濾過すると、溶液の粘度が低いために気泡の移動速度が大きい。脱泡の方法の例としては、密閉容器の内部にフィブロイン溶液を封入し、密閉容器を減圧する方法、フィブロイン溶液を減圧下で薄膜状にする方法、及び、遠心力により気液分離する方法が挙げられる。
【００３８】
フィブロイン溶液を製造する方法は、フィブロイン溶液を、インラインミキサーで攪拌しながら冷却する工程を更に備えていてもよい。フィブロイン溶液を製造する方法がフィブロイン溶液から不溶物を除去する工程、及び／又はフィブロイン溶液を脱泡する工程を含む場合、これら工程の後、フィブロイン溶液を冷却してもよい。冷却後のフィブロイン溶液の温度は、０℃以上４０℃以下であってもよい。フィブロイン溶液の粘度は、温度の依存して大きく変化するが、その温度が１０℃以上であれば、フィブロイン溶液を容易に送液できる傾向がある。フィブロイン溶液の温度が４０℃以下であれば、フィブロイン溶液が長時間保持されたときであっても、フィブロインの分解が十分に抑制され易い。フィブロインの分解が抑制されると、より優れた物性を有するタンパク質成形体が得られる。同様の観点から、冷却後のフィブロイン溶液の温度は、５℃以上３０℃以下、１０℃以上２５℃以下、又は１５℃以上２０℃以下であってもよい。
【００３９】
製造されるフィブロイン溶液におけるフィブロインの濃度は、特に制限されないが、例えば、フィブロイン溶液の質量を基準として、５〜５０質量％、１０〜５０質量％、２０〜５０質量％、又は２５〜５０質量％であってもよい。フィブロインを高い濃度で含有するフィブロイン溶液は、より高い曵糸性を有することができ、また、タンパク質成形体としての繊維を形成する場合に、より高い延伸倍率による延伸を可能にする。高い延伸倍率は、高い強度の繊維を得ることを可能にする。本実施形態に係る方法によれば、継粉の発生及び溶け残りの量が少ないため、高い濃度のフィブロイン溶液を容易に得ることができる。製造されたフィブロイン溶液は、そのまま成形工程に供してもよいし、貯蔵タンクに貯蔵してもよい。
【００４０】
（タンパク質成形体を製造する方法）
上述の実施形態に係る方法によって得られたフィブロイン溶液を成形用原液として用いた成形によって、フィブロインを含有するタンパク質成形体を製造することができる。製造されるタンパク質成形体は、例えば、フィルム又は繊維であることができる。
【００４１】
製造されるタンパク質成形体は、フィブロインを主成分として含む成形体である。タンパク質成形体の全質量のうちフィブロインの割合は、５０質量％以上、６０質量％以上、６５質量％以上、７０質量％以上、７５質量％以上、８０質量％以上、又は９０質量％以上であってもよく、１００質量％以下であってもよい。
【００４２】
フィブロイン溶液を紡糸原液として用いた紡糸によって、タンパク質繊維を製造することができる。以下、成形工程の一例としての紡糸工程について説明する。
【００４３】
紡糸原液としてのフィブロイン溶液は、必要に応じて、各種の添加剤を更に含有していてよい。添加剤としては、例えば、可塑剤、レベリング剤、架橋剤、結晶核剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、フィラー、合成樹脂が挙げられる。添加剤の含有量は、紡糸原液中のフィブロイン全量１００質量部に対して、０質量部以上５０質量部以下であってよい。
【００４４】
紡糸工程では、フィブロイン溶液が紡糸口金から吐出され、次いでフィブロイン溶液の溶媒を除去することで繊維形状に賦形される。フィブロイン溶液は、貯蔵タンクから定量ポンプで紡糸口金へ送液してもよい。紡糸口金の形状、ホール形状、ホール数などは特に限定されるものではなく、所望の繊維径及びフィラメント数に応じて適宜選択できる。
【００４５】
紡糸口金のホール形状が円形である場合、その孔径は０．０３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であってもよい。孔径が０．０３ｍｍ以上であると、圧力損失を低減することができ設備費用を抑えられる。孔径が０．６ｍｍ以下であると、繊維径を細くするための延伸操作の必要性が低減され、吐出から引き取りまでの間で延伸切れを起こす可能性を低減できる。
【００４６】
紡糸口金を通過するフィブロイン溶液の温度、及び紡糸口金の温度は、特に限定されるものではなく、フィブロイン溶液中のフィブロインの濃度及び粘度、溶媒の種類等により適宜調整される。紡糸口金を通過するフィブロイン溶液の温度は、フィブロインの劣化等を防止するという観点から、０℃〜７０℃であってもよい。紡糸口金を通過するフィブロイン溶液の温度は、溶媒の揮発による圧力上昇、紡糸原液の固形化による配管内の閉塞が発生する可能性を低減するという観点から、溶媒の沸点未満の温度であってもよい。これにより工程安定性が向上する。
【００４７】
紡糸口金から吐出されたフィブロイン溶液の溶媒を除去する方法は、特に限定されない。例えば、気相中で熱風により溶媒を揮発させてもよい。フィブロインを溶解せず、且つフィブロイン溶液の溶媒と混合しうる貧溶媒を含む液相中で溶媒を除去してもよい。液相中でフィブロイン溶液から溶媒を除去する場合、フィブロイン溶液を、紡糸口金から気相を経て液相中に吐出してもよいし、気相を経ずに液相中に直接吐出してもよい。
【００４８】
溶媒の除去により形成された繊維を、延伸してもよい。延伸倍率は、形成された繊維を最初に引き取るローラーを通過する時点を基準として、２倍以上で３０倍以下、１５倍以下又は１０倍以下であってもよく、３倍以上で３０倍以下、１５倍以下又は１０倍以下であってもよく、４倍以上で３０倍以下、１５倍以下又は１０倍以下であってもよく、４倍以上で３０倍以下、１５倍以下又は１０倍以下であってもよく、５倍以上で３０倍以下、１５倍以下又は１０倍以下であってもよく、６倍以上で３０倍以下、１５倍以下又は１０倍以下であってもよい。本実施形態に係る方法によって、継粉の発生を抑制しながら形成されるフィブロイン溶液は、より高い延伸倍率での紡糸を可能にする傾向がある。延伸倍率は、所望の繊維の太さ、機械物性などの特性が得られる範囲で、調整される。延伸は一度に行なってもよいし、段階的に数回に分けて行なってもよい。延伸を液中で行なってもよく、乾燥後に行なってもよい。
【００４９】
形成されたタンパク質繊維に対して、乾燥及び巻き取りの前に、必要に応じて収束性、帯電抑制、潤滑性を付与するための油剤を付与してもよい。付与する油剤の種類及び付与する量等は、特に限定されるものではなく、繊維の用途及び取扱い性等を考慮して適宜調整することができる。
【００５０】
形成されたタンパク質繊維は、通常の方法で乾燥される。その後、タンパク質繊維はワインダーで巻取ってもよい。ワインダーでの適宜張力及び接圧等の巻取り条件は、任意に調整される。
【００５１】
フィブロインフィルムは、例えば、フィブロイン溶液をドープ溶液として用い、これを基材表面にキャスト成形することと、形成された塗膜を乾燥する、及び／又は脱溶媒することとを含む方法により得ることができる。
【００５２】
フィブロインフィルムを製造するためのドープ溶液の粘度は１５〜８０ｃＰ（センチポアズ）、又は２０〜７０ｃＰであってもよい。フィブロインの濃度は、ドープ溶液全量を１００質量％として、３〜５０質量％、３．５〜３５質量％、又は４．２〜１５．８質量％であってもよい。
【００５３】
基材は、樹脂基板、ガラス基板、金属基板等であってよい。基材は、形成されたフィルムを容易に剥離できる観点から、樹脂基板であってもよい。樹脂基板は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂フィルム、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム、又はこれらのフィルム表面にシリコーン化合物を固定化させた剥離フィルムであってよい。基材は、ＨＦＩＰ、ＤＭＳＯ溶媒等に対して安定であり、ドープ溶液を安定してキャスト成形でき、成形後のフィルムを容易に剥離できる観点から、ＰＥＴフィルム又はＰＥＴフィルム表面にシリコーン化合物を固定化させた剥離フィルムであってもよい。
【００５４】
キャスト成形の一例は、ドープ液を基材表面に流延することと、塗膜の厚さをアプリケーター、ナイフコーター、バーコーター等の膜厚制御手段を使用して所定の厚さに調整することとを含む。所定の厚さは、塗膜の乾燥及び／又は脱溶媒後の厚さが、例えば１〜１０００μｍとなる範囲で設定される。
【００５５】
塗膜の乾燥及び脱溶媒は、乾式又は湿式で行うことができる。乾式で行う方法の例としては、真空乾燥、熱風乾燥、風乾を挙げることができる。湿式で行う方法の例としては、塗膜を脱溶媒液に浸漬する方法を挙げることができる。脱溶媒液の例として、水、メタノール、エタノール、２−プロパノール等の炭素数１〜５の低級アルコール等のアルコール液、水とアルコールとの混合液を挙げることができる。脱溶媒液の温度は０〜９０℃であってもよい。
【００５６】
乾燥及び／又は脱溶媒後、形成されたフィブロインフィルムを、水中で１軸延伸又は２軸延伸してもよい。２軸延伸は、逐次延伸でも同時２軸延伸でもよい。２段以上の多段延伸をしてもよい。延伸倍率は、縦、横ともに、１．０１〜６倍、又は１．０５〜４倍であってもよい。この範囲であると応力−歪のバランスがとりやすい。水中延伸は、例えば２０〜９０℃の水温で行うことができる。延伸後のフィブロインフィルムを、５０〜２００℃で５〜６００秒間の乾熱処理により、熱固定してもよい。この熱固定により、常温における寸法安定性に優れたフィブロインフィルムが得られる。通常、１軸延伸したフィルムは、１軸配向フィルムとなり、２軸延伸したフィルムは２軸配向フィルムとなる。
【００５７】
（フィブロイン）
フィブロイン溶液及びタンパク質成形体の製造のために用いられるフィブロインは、天然フィブロインであってもよいし、天然フィブロインに由来する改変フィブロインであってもよい。フィブロインは、遺伝子組換え技術により微生物等により製造されたものであってもよく、化学的に合成されたものであってもよく、天然由来のフィブロインを精製したものであってもよい。
【００５８】
フィブロインは、例えば、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン、及びホーネットシルクフィブロインからなる群より選択される１種以上であってよい。特に、フィブロインは、絹フィブロイン、クモ糸フィブロイン又はこれらの組み合わせであってもよい。絹フィブロインとクモ糸フィブロインとを併用する場合、絹フィブロインの割合は、例えば、クモ糸フィブロイン１００質量部に対して、４０質量部以下、３０質量部以下、又は１０質量部以下であってよい。
【００５９】
絹フィブロインとしては、セリシン除去絹フィブロイン、セリシン未除去絹フィブロイン、又はこれらの組み合わせであってもよい。セリシン除去絹フィブロインは、絹フィブロインを覆うセリシン、及びその他の脂肪分などを除去して精製したものである。精製した絹フィブロインは、凍結乾燥粉末であってもよい。セリシン未除去絹フィブロインは、セリシンなどが除去されていない未精製の絹フィブロインである。
【００６０】
クモ糸フィブロインは、天然クモ糸フィブロイン、又は天然クモ糸フィブロインに由来する改変クモ糸フィブロイン（人造クモ糸フィブロイン）であってもよい。
【００６１】
天然クモ糸フィブロインとしては、例えば、大吐糸管しおり糸タンパク質、横糸タンパク質、及び小瓶状腺タンパク質が挙げられる。大吐糸管しおり糸タンパク質は、結晶領域と非晶領域（無定形領域とも言う。）からなる繰り返し領域を持つため、高い応力と伸縮性を併せ持つ。一方、横糸タンパク質は、結晶領域を持たず、非晶領域からなる繰り返し領域を持つという特徴を有する。横糸タンパク質は、大吐糸管しおり糸タンパク質と比べると応力は劣るが、高い伸縮性を持つ。
【００６２】
大吐糸管しおり糸タンパク質は、クモの大瓶状腺で産生され、強靭性に優れるという特徴も有する。大吐糸管しおり糸タンパク質としては、例えば、アメリカジョロウグモ（Ｎｅｐｈｉｌａ  ｃｌａｖｉｐｅｓ）に由来する大瓶状腺スピドロインＭａＳｐ１及びＭａＳｐ２、並びにニワオニグモ（Ａｒａｎｅｕｓ  ｄｉａｄｅｍａｔｕｓ）に由来するＡＤＦ３及びＡＤＦ４が挙げられる。ＡＤＦ３は、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。天然クモ糸フィブロインに由来する改変クモ糸フィブロインは、これらのしおり糸タンパク質に由来する改変クモ糸フィブロインであってもよい。ＡＤＦ３に由来する改変クモ糸フィブロインは、比較的合成し易く、強伸度及びタフネスの点で優れた特性を有する。
【００６３】
横糸タンパク質は、クモの鞭毛状腺（ｆｌａｇｅｌｌｉｆｏｒｍ  ｇｌａｎｄ）で産生される。横糸タンパク質としては、例えばアメリカジョロウグモ（Ｎｅｐｈｉｌａ  ｃｌａｖｉｐｅｓ）に由来する鞭毛状絹タンパク質（ｆｌａｇｅｌｌｉｆｏｒｍ  ｓｉｌｋ  ｐｒｏｔｅｉｎ）が挙げられる。
【００６４】
改変クモ糸フィブロインは、組換えクモ糸フィブロインであってよい。組換えクモ糸フィブロインとしては、天然型クモ糸フィブロインの変異体、類似体又は誘導体等が挙げられる。このような改変クモ糸フィブロインの好適な一例は、大吐糸管しおり糸タンパク質の組換えクモ糸フィブロインである。例えば、組換えクモ糸フィブロインは、いくつかの異種タンパク質生産系で産生されており、その製造方法として、トランスジェニック・ヤギ、トランスジェニック・カイコ、又は組換え植物若しくは哺乳類細胞が利用されている。
【００６５】
組換えクモ糸フィブロインは、例えば、クローニングした天然由来のフィブロインの遺伝子配列から（Ａ）ｎモチーフをコードする配列の１又は複数を欠失させることにより得ることができる。また、例えば、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列から１又は複数の（Ａ）ｎモチーフが欠失したことに相当するアミノ酸配列を設計し、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより得ることもできる。いずれの場合においても、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列から（Ａ）ｎモチーフが欠失したことに相当する改変に加え、更に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の改変を行ってもよい。アミノ酸残基の置換、欠失、挿入及び／又は付加は、部分特異的突然変異誘発法等の当業者に周知の方法により行うことができる。具体的には、Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｒｅｓ．１０，６４８７（１９８２）、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，１００，４４８（１９８３）等の文献に記載されている方法に準じて行うことができる。
【００６６】
大吐糸管しおり糸タンパク質の組換えクモ糸フィブロイン及びカイコシルクに由来する改変クモ糸フィブロインとしては、例えば、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が挙げられる。ここで、式１中、（Ａ）ｎモチーフは、Ａはアラニン残基を示し、ｎは２〜２７、２〜２０、４〜２７、４〜２０、８〜２０、１０〜２０、４〜１６、８〜１６、又は１０〜１６の整数であってよい。また（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の割合は４０％以上であればよく、６０％以上、７０％以上、８０％以上、８３％以上、８５％以上、８６％以上、９０％以上、９５％以上、又は１００％（アラニン残基のみで構成されることを意味する。）であってもよい。ＲＥＰは２〜２００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。式１で表されるアミノ酸配列中に含まれるグリシン（Ｇｌｙ）、セリン（Ｓｅｒ）及びアラニン（Ａｌａ）の合計残基数がアミノ酸残基数全体に対して４０％以上が好ましく、６０％以上、又は７０％以上であってよい。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。大吐糸管しおり糸に由来する改変クモ糸フィブロインの具体例としては、配列番号１又は配列番号２で示されるアミノ酸配列を含むタンパク質を挙げることができる。
【００６７】
横糸タンパク質に由来するフィブロインとしては、例えば、式２：［ＲＥＰ２］ｏで表されるドメイン配列を含むタンパク質（ここで、式２中、ＲＥＰ２はＧｌｙ−Ｐｒｏ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｘから構成されるアミノ酸配列を示し、Ｘはアラニン（Ａｌａ）、セリン（Ｓｅｒ）、チロシン（Ｔｙｒ）及びバリン（Ｖａｌ）からなる群から選ばれる一つのアミノ酸を示す。ｏは８〜３００の整数を示す。）を挙げることができる。横糸タンパク質に由来するフィブロインとしては、式２：ＲＥＰ２で示されるアミノ酸配列の単位を１０以上、好ましくは２０以上、より好ましくは３０以上含むタンパク質が挙げられる。横糸タンパク質に由来するフィブロインは、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、３００ｋＤａ以下、又は２００ｋＤａ以下であってもよい。具体的には配列番号３で示されるアミノ酸配列を含むタンパク質を挙げることができる。配列番号３で示されるアミノ酸配列は、ＮＣＢＩデータベースから入手したアメリカジョロウグモの鞭毛状絹タンパク質の部分的な配列（ＮＣＢＩアクセッション番号：ＡＡＦ３６０９０、ＧＩ：７１０６２２４）のリピート部分及びモチーフに該当するＮ末端から１２２０残基目から１６５９残基目までのアミノ酸配列（ＰＲ１配列と記す。）と、ＮＣＢＩデータベースから入手したアメリカジョロウグモの鞭毛状絹タンパク質の部分配列（ＮＣＢＩアクセッション番号：ＡＡＣ３８８４７、ＧＩ：２８３３６４９）のＣ末端から８１６残基目から９０７残基目までのＣ末端アミノ酸配列を結合し、結合した配列のＮ末端に配列番号４で示されるアミノ酸配列（タグ配列及びヒンジ配列）が付加されたものである。
【００６８】
フィブロインは、例えば、所望の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。
【００６９】
所望のフィブロインをコードする核酸の製造方法は、特に制限されない。例えば、天然フィブロインをコードする遺伝子を利用して、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方法、又は、化学的に合成する方法によって、当該核酸を製造することができる。核酸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構造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などで連結する方法によって遺伝子を化学的に合成することができる。この際に、タンパク質の精製及び／又は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核酸を合成してもよい。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。【００７１】
１．改変クモ糸フィブロイン製造
（１）プラスミド発現株の作製
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５で示されるアミノ酸配列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。配列番号５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と、そのＮ末端に付加された配列番号６で示されるアミノ酸配列（タグ配列及びヒンジ配列）とを有する。また、配列番号７で示されるアミノ酸配列を有する改変クモ糸フィブロイン（以下「ＰＲＴ９６６」ともいう。）も設計した。【００７２】
ＰＲＴ７９９又はＰＲＴ９６６をコードする核酸を合成した。当該核酸には、５’末端にＮｄｅＩサイト及び終止コドン下流にＥｃｏＲＩサイトを付加した。当該核酸をクローニングベクター（ｐＵＣ１１８）にクローニングした。その後、同核酸をＮｄｅＩ及びＥｃｏＲＩで制限酵素処理して切り出した後、タンパク質発現ベクターｐＥＴ−２２ｂ（＋）に組換えて発現ベクターを得た。【００７３】
（２）タンパク質の発現
得られたｐＥＴ２２ｂ（＋）発現ベクターにより、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１）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。【００７４】
【表１】
2020054873.tif 000003
【００７５】
当該シード培養液を、５００ｍＬの生産培地（表２）を添加したジャーファーメンターに、ＯＤ６００が０．０５となるように添加した。培養液温度を３７℃に保ちながら形質転換大腸菌を培養した。培養液のｐＨ６．９に維持し、培養液中の溶存酸素濃度を、溶存酸素飽和濃度の２０％に維持した。【００７６】
【表２】
2020054873.tif 000004
【００７７】
生産培地中のグルコースが完全に消費された直後に、フィード液（グルコース４５５ｇ／１Ｌ、Ｙｅａｓｔ  Ｅｘｔｒａｃｔ  １２０ｇ／１Ｌ）を１ｍＬ／分の速度で添加した。その後、培養液温度を３７℃に保ちながら、ｐＨ６．９で培養を２０時間継続した。培養液中の溶存酸素濃度を、溶存酸素飽和濃度の２０％に維持した。
その後、１Ｍのイソプロピル−β−チオガラクトピラノシド（ＩＰＴＧ）を培養液に対して終濃度１ｍＭになるよう添加し、目的のタンパク質を発現誘導させた。ＩＰＴＧを添加後、２０時間経過した時点で、培養液を遠心分離し、菌体を回収した。ＩＰＴＧ添加前とＩＰＴＧ添加後の培養液から調製した菌体を、ＳＤＳ−ＰＡＧＥで分析した。ＩＰＴＧ添加に依存した目的とするクモ糸フィブロインのサイズのバンドの出現により、目的とする改変クモ糸フィブロイン「ＰＲＴ７９９」又は「ＰＲＴ９６６」の発現を確認した。【００７８】
（３）タンパク質の精製
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２０ｍＭＴｒｉｓ−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２０ｍＭＴｒｉｓ−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、２０ｍＭＮａＣｌ、１ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、ｐＨ７．０）に懸濁した。懸濁液を６０℃で３０分間、スターラーで攪拌して、沈殿物を溶解させた。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た。回収した凝集タンパク質を凍結乾燥機で乾燥して、改変クモ糸フィブロイン「ＰＲＴ７９９」又は「ＰＲＴ９６６」を含むタンパク質粉体を得た。【００７９】
２．フィブロイン溶液及びタンパク質繊維
２−１．ＰＲＴ７９９
（実施例１−１）
分散工程
混合用の円盤状の回転体を有する混合装置（フロージェットミキサーＭＷ−Ｊ−３００−Ｓ、株式会社粉研パウテックス製）を準備した。この混合装置の回転体を９００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、回転体の回転面上にＤＭＳＯ及び４質量％の塩化リチウムを含む２０℃の溶解液を連続的に供給し、それにより回転面上で溶解液の薄膜を流動させた。回転面の上方の粉体投入口からＰＲＴ７９９を含むタンパク質粉体を供給し、これを回転面上で溶解液に導入した。溶解液はギヤポンプによって１５ｋｇ／時の流量で供給した。タンパク質粉体はフィーダーによって５ｋｇ／時の速度で供給した。これにより、流動する溶解液とタンパク質粉体とを連続的に混合して、これらを含むスラリーを形成させた。【００８０】
溶解工程
得られたスラリーを、一軸偏心ねじポンプを用いて、８０℃に保持されたインラインミキサー（株式会社ノリタケカンパニーリミテド社製スタティックミキサー：型式ＳＭＨＥＤＭ−２５Ａ（２４）／ＳＬ）に送液した。スラリーの流量は０．３Ｌ／分とした。インラインミキサーには、予め２４個のスタティックミキサーエレメントを装着した。インラインミキサー中でスラリーは攪拌されるとともに加熱され、それによりタンパク質粉体が溶解液に溶解した。スラリーがインラインミキサーを通過する時間は１分であり、インラインミキサーから排出されたフィブロイン溶液の温度は７０℃であった。【００８１】
濾過、脱泡及び冷却
得られたフィブロイン溶液を、目開き１μｍの焼結金属フィルターで濾過して、不溶物を除去した。次いで、−０．１ＭＰａの減圧下で６０分保持することでフィブロイン溶液を脱泡した。その後、フィブロイン溶液を、１０℃に保持したインラインミキサー（同上の型式）に送液するころにより、フィブロイン溶液を１５℃まで冷却した。冷却されたフィブロイン溶液を貯蔵タンクへ送液した。【００８２】
紡糸（タンパク質繊維）
冷却後のフィブロイン溶液を紡糸原液として用いた乾湿式紡糸により、改変クモ糸フィブロインを含むフィラメントを得た。乾湿式紡糸の条件は以下のとおりである。
・凝固液（メタノール）の温度：５〜１０℃
・総延伸倍率：５倍
・乾燥温度：８０℃【００８３】
（実施例１−２）
ＤＭＳＯ及び４質量％の塩化リチウムを含む溶解液に代えて、ギ酸を溶解液として用いたこと以外は実施例１−１と同様の分散工程及び溶解工程により、フィブロイン溶液を調製した。得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００８４】
（実施例１−３）
溶解工程に用いるスタティックミキサーエレメントの数を１０に変更したこと以外は実施例１−１と同様にして、フィブロイン溶液を調製した。得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００８５】
（実施例１−４）
実施例１−１と同様の分散工程により得られたスラリーを、パドル型攪拌翼を備えた１００Ｌのタンクに供給した。タンクジャケットに８０℃の温水を通液した。スラリーを攪拌翼で攪拌しながら６０分間加熱することによりタンパク質粉体を溶解液に溶解させて、フィブロイン溶液を得た。得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００８６】
（比較例１−１）
パドル型攪拌翼を備えた１００Ｌのタンクに、１６ｋｇのタンパク質粉体、及びＤＭＳＯ及び４質量％の塩化リチウムを含む６４ｋｇの溶解液を投入した。これらをタンク中で６０分間撹拌して、スラリーを得た。得られたスラリーを用いて、実施例１−１と同様の溶解工程によってフィブロイン溶液を得た。得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００８７】
（比較例１−２）
比較例１と同様にして、スラリーをタンク内に形成させた。続いて、タンクのジャケットに８０℃の温水を通し、スラリーを攪拌しながら６０分間加熱することによりタンパク質粉体を溶解液に溶解させて、フィブロイン溶液を得た。得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００８８】
２−２．ＰＲＴ９６６
（実施例２−１）
ＰＲＴ７９９を含むタンパク質粉体に代えて、ＰＲＴ９６６を含むタンパク質粉体を用いたこと、及び、溶解液としてギ酸を用いたこと以外は実施例１−１と同様の分散工程により、タンパク質粉体及び溶解液を含むスラリーを形成させた。溶解液及びギ酸の供給量を、スラリーにおけるタンパク質の濃度がスラリーの質量を基準として３１質量％となるように調整した。
得られたスラリーを、一軸偏心ねじポンプを用いて、８０℃に保持されたインラインミキサー（株式会社ノリタケカンパニーリミテド社製スタティックミキサー：型式ＳＭＨＥＤＭ−２５Ａ（２４）／ＳＬ）に送液した。スラリーの流量は０．３Ｌ／分とした。インラインミキサーには、予め２４個のスタティックミキサーエレメントを装着した。インラインミキサー中でスラリーは攪拌されるとともに加熱され、それによりタンパク質粉体が溶解液に溶解した。スラリーがインラインミキサーを通過する時間は１分であり、インラインミキサーから排出されたフィブロイン溶液の温度は７０℃であった。
得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００８９】
（実施例２−２）
実施例２−１と同様の分散工程により得られたスラリーを、パドル型攪拌翼を備えた１００Ｌのタンクに供給した。タンクジャケットに４０℃の温水を通液した。スラリーを攪拌翼で攪拌しながら６０分間加熱することによりタンパク質粉体を溶解液に溶解させて、フィブロイン溶液を得た。得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００９０】
（比較例２−１）
パドル型攪拌翼を備えた１００Ｌのタンクに、３１ｋｇのタンパク質粉体、及び６９ｋｇのギ酸を投入した。これらをタンク中で６０分間撹拌して、スラリーを得た。得られたスラリーを用いて、実施例２−１と同様のインラインミキサーを用いた溶解工程によってフィブロイン溶液を得た。得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００９１】
（比較例２−２）
比較例２−１と同様にして、スラリーをタンク内に形成させた。続いて、タンクのジャケットに４０℃の温水を通し、スラリーを攪拌しながら６０分間加熱することによりタンパク質粉体を溶解液に溶解させて、フィブロイン溶液を得た。得られたフィブロイン溶液を用いて、実施例１−１と同様にフィラメントを作製した。【００９２】
３．評価
（１）継粉発生率
目開き２ｍｍの焼結金属フィルターが下部に装着された容量１Ｌの容器に、１０００ｇのスラリーを入れた。容器内を０．０５ＭＰａの窒素で加圧することにより、スラリーにフィルターを通過させた。スラリー中の継粉は、フィルターを通過しなかった。フィルターを通過したスラリーの質量Ｗ１（ｇ）を測定した。式：継粉発生率＝｛（１０００−Ｗ）１／１０００｝×１００によって継粉発生率を算出した。【００９３】
（２）溶解状態（濾過率）
燒結金属フィルターで濾過される前のフィブロイン溶液におけるタンパク質粉体の溶解状態を、濾過率に基づいて評価した。１０００gのフィブロイン溶液を、４０℃で保持しながら定量ポンプを用いて送液し、濾過面積４．７ｃｍ2、目開きが１μｍである焼結金属フィルターによって濾過した。フィルターを通過したフィブロイン溶液の質量Ｗ２（ｇ）を測定した。式：濾過率＝（Ｗ２／１０００）×１００により、濾過率を算出した。濾過率が大きいことは、フィブロインの未溶解分の量が少ないことを意味する。【００９４】
（３）フィブロイン溶液の粘度
冷却後のフィブロイン溶液の粘度を、粘度測定機（型番：ＥＭＳ−０１Ｓ、京都電子工業社製）を用いて測定した。測定条件は以下のとおりである。
・温度：４０℃
・測定時間：２分
・プローブ回転数：２０００ｒｐｍ【００９５】
（４）繊維の強度及び伸度
フィラメントの両端をそれぞれ、試験紙片に接着剤で固定した、つかみ冶具間の距離２０ｍｍ、引張速度１０ｃｍ／分条件で、引張試験機（インストロン社製、型式：３３４２）を用いて引張試験を行った。引張試験は、温度２０℃、相対湿度６５％の環境下で行った。得られた応力−歪み曲線から、強度（破断応力）及び伸度（破断伸度）を求めた。表３に示される強度及び伸度は、比較例１−２を基準とする相対値である。表４に示される強度及び伸度は、比較例２−２を基準とする相対値である。【００９６】
【表３】
2020054873.tif 000005
【００９７】
【表４】
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【００９８】
表３及び表４に示される評価結果から、溶解液の薄膜を流動させながらスラリーを連続的に形成する分散工程を含む実施例の方法によれば、スラリーの形成における継粉の発生が十分に抑制されることが確認された。また、各実施例では、スラリー中のタンパク質粉体を溶媒に溶解させて、未溶解分の少ないフィブロイン溶液を容易に得ることができた。さらに、各実施例のフィブロイン溶液から、良好な機械物性を有するタンパク質繊維を形成することができた。タンパク質繊維の機械物性は、溶解液の薄膜を流動させながらスラリーを形成する分散工程と、インラインミキサーによる溶解工程との組み合わせによる実施例１−１〜１−３のフィブロイン溶液を用いたときに特に優れていた。【００９９】
ＰＲＴ９６６の繊維の場合、実施例２−１，２−２において、比較例２−１，２−２と比較して伸度が低下する傾向が認められ、これは、実施例２−１，２−２における延伸倍率が相対的に大きいことに主に由来すると考えられる。実施例２−１，２−２の場合、フィブロインの溶解性向上にともなって延伸性が向上し、そのために延伸倍率を高くすることができた。延伸倍率が高いと、より高い強度を有する繊維を得ることができる。実施例２−１，２−２において延伸倍率をより低く設定することによって、より高い伸度を有する繊維が得られると考えられる。
【符号の説明】
【０１００】
１…タンパク質粉体、３…溶解液、３ａ…薄膜、５…スラリー、７…フィブロイン溶液、１０…回転体、１１…シャフト、１２…制御部、２０…混合装置、２１…溶解液投入口、２３…導入管、２５…滞留槽、２５Ａ…底面、２５Ｂ…内周面、３０…粉体投入口、４０…インラインミキサー、４１…配管、４３…スタティックミキサーエレメント、４５…ジャケット、４５ａ…熱媒入口、４５ｂ…熱媒出口、Ｓ…回転面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【配列表】
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【国際調査報告】
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