特許 6422291 絹の物性制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6422291

(24)【登録日】2018年10月26日

(45)【発行日】2018年11月14日

(54)【発明の名称】絹の物性制御方法

(51)【国際特許分類】

   D01F 4/02 20060101AFI20181105BHJP

   G01N 24/08 20060101ALI20181105BHJP

   G01N 24/12 20060101ALI20181105BHJP

【ＦＩ】

   D01F4/02

   G01N24/08 510P

   G01N24/12 510L

   G01N24/08 510S

【請求項の数】2

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-204774(P2014-204774)

(22)【出願日】2014年10月3日

(65)【公開番号】特開2016-74992(P2016-74992A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2017年7月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】504132881

【氏名又は名称】国立大学法人東京農工大学

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁護士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】朝倉 哲郎

【審査官】 小石 真弓

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００８／００４３５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００２／０７２９３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００４−５３２３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５１５３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／３７８６６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 Macromolecules，２０１４年 ６月１４日，Vol.47，p4308-4316

【文献】 繊維と工業，２００７年，Vol.63,No.9，p261-265

【文献】 繊維と工業，２００４年，Vol.60,No.11，p543-545

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｄ０１Ｆ ４／０２

Ｇ０１Ｎ ２４／０８−２４／１２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生絹繊維の品質評価方法であって、ＳｉｌｋＩＩ型構造をとる絹繊維の^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約１９．６ｐｐｍのピーク面積及びＡｌａＣβの約２１．７ｐｐｍのピーク面積を測定し、両者の比率を定量することを含む、前記方法。

【請求項2】

前記品質が絹繊維の応力―歪み特性に関連づけられる、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、再生絹繊維の製造方法に関する。特に、変化した物性を示す再生絹繊維の製造方法に関する。また、本発明は再生絹繊維の品質評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉｌｋＩＩ型構造
家蚕（Ｂ．ｍｏｒｉ）絹は、絹フィブロインと絹セリシンから構成されるが、絹フィブロインが主成分であり、絹の繊維化は、絹フィブロインの構造や物性変化に着目して研究されてきた。家蚕の絹フィブロイン分子のアミノ酸組成はアラニンとグリシンが大部分を占めており、それ以外のアミノ酸はセリンやチロシンである。絹フィブロイン分子をキモトリプシン消化した際に沈殿する部分は、絹フィブロインの５５％を占め、主に結晶部から成る。その大部分はアラニンとグリシンおよびセリンの繰り返しユニット、すなわち、Ａｌａ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｇｌｙ−Ｓｅｒ−Ｇｌｙ（配列番号１）の繰り返しである。他方、上清に溶解している部分は主に非晶部から成り、チロシンをより多く含む。Ａｌａ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｇｌｙ−Ｓｅｒ−Ｇｌｙ（配列番号１）の繰り返しユニットをＡｌａ−Ｇｌｙの繰り返しユニットに置き換えても、その分光学的特徴はほとんど変わらないことから、従来、Ｘ線解析やＮＭＲ解析では、家蚕絹の結晶部モデルとして、Ａｌａ−Ｇｌｙの繰り返しユニットが用いられてきた。

【0003】

家蚕は、体内で絹が水に溶解した液状絹（繊維化前の絹）の状態から、室温下で短い時間で絹繊維を生成する。絹繊維は、液状絹とは全く異なり、高強度・高弾性の固体となる。本発明者は、当該液状絹の構造（ＳｉｌｋＩ型構造）と絹繊維の構造（ＳｉｌｋＩＩ型構造）の違いを明らかにしてきた。すなわち、水に溶けた絹フィブロイン分子、すなわち、液状絹には、分子間水素結合だけでなく分子内水素結合も存在することが明らかにされた。そして、それら２種類の水素結合により形成されるβターンタイプＩＩ型構造は、グリシンおよびアラニンから成るユニット全体にわたって繰り返されていることも明らかにされた。そして、蚕は、液状絹を吐出しつつ首振り運動を行って、液状絹中のフィブロイン（ＳｉｌｋＩ型構造）をその分子軸方向に引き伸ばすことにより、分子内水素結合を分子間水素結合へと転移させて絹繊維（ＳｉｌｋＩＩ型構造）を生成しているものと結論付けられた（特許文献１）。

【0004】

これまでに、ＳｉｌｋＩＩ型構造としては、Ｍａｒｓｈ、Ｐａｕｌｉｎｇ等によって分子間水素結合を形成した逆平行βシート構造が提案され、生化学の教科書にタンパク質の代表的な構造の例として必ずと言ってよいほど掲載されてきた。Ｍａｒｓｈ等の構造モデルはＸ線解析データに基づいたもので、その大きな特徴の１つとして、分子間水素結合が同一アミノ酸残基間、つまりアラニン−アラニン間およびグリシン−グリシン間で形成されると提案されている（図１参照）。しかしながら、その後の多くの研究者は、Ｍａｒｓｈモデルの元となったＸ線解析データと、提案構造から予測されたデータとの間の誤差が大きい（Ｒ値は３０％）ことから、実際の家蚕絹繊維のＳｉｌｋＩＩ構造は、より不均一な構造であると考えるに至っていた。

【0005】

絹繊維の物性改良
絹糸が、織物の材料として極めて優れた特性を有していることは言うまでもない。また、絹糸は、強くて適度な弾性と柔軟性を有するだけでなく、高い生体親和性を有するので、例えば手術用の縫合糸としても用いられている。しかしながら、強度や伸張性の点からいえば、依然として絹糸は、クモ牽引糸には及ばない。したがって、絹糸の強度および伸張性を更に増大させるべく、多くの試みがなされてきた。

【0006】

前記のとおり、家蚕は、液状絹を吐出しつつ首振り運動を行って繭を形成する。しかし、Ｓｈａｏ等は、家蚕を固定することにより首振り運動を制限しつつ、強制的に絹糸を取り出し、湿潤下で、絹繊維を一定の速度で巻き取ることで、絹糸の応力（Ｓｔｒｅｓｓ）―歪み（Ｓｔｒａｉｎ）特性を変化させ得ることを報告している（非特許文献１）。

【0007】

また、本発明者は、再生絹繊維に対して、天然の絹繊維とは異なる物性を付与する方法を開示している（特許文献２）。簡単に記すと、裁断した繭を精錬して得た絹フィブロインを、先ず臭化リチウム等の塩溶液に溶解した後、透析を行って無機塩を取り除いて絹フィブロイン水溶液とし、該水溶液から作製した絹フィブロインフィルムや凍結乾燥したスポンジ等をヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）に溶解させる。次いで、当該溶解液を、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン等の、絹フィブロインが不溶であり、且つ、ＨＦＩＰを溶解する溶媒を収容した凝固浴に向けて、紡糸口を介して吐出する。当該浴中で凝固した絹フィブロインを紡糸することで、再生絹繊維が得られる。更に、特許文献２は、前記再生絹繊維を、凝固浴中または凝固浴から取出した直後の濡れた状態で、或いは凝固浴から取出して風乾した後の乾燥状態で、２〜４倍程度延伸することが好ましいことを記載している。そのような処理は、再生絹繊維の収縮を防ぐことができ、且つ引張強度が向上した非常に均一な繊維径を持った延伸生成絹糸を与え得ることも記載されている。

【0008】

加えて、特許文献２は、Ｃｈｅｍａｇｎｅｔｉｃ社製ＣＭＸ４００ＮＭＲ分光計を用いた固体^１３Ｃ ＣＰ／ＮＭＲ測定において、ＡｌａＣβ（アラニンのβ炭素原子）が３つのピーク、すなわち、最も高磁場領域のピーク（１６．６ｐｐｍ）と低磁場領域の２つのピーク（１９．６ｐｐｍおよび２１．９ｐｐｍ）に分離したことを記載している。そして、特許文献２は、最も高磁場のピークが再生絹フィブロイン分子中のランダム成分の存在を示し、低磁場側の残りの２つのピークがβシート構造に相当することを記載している。また、特許文献２は、再生絹糸を延伸することにより絹フィブロイン分子を繊維軸方向に配向させることができるようになり、その結果、より多くの前記ランダム成分をβシート構造に変化させ得る可能性を示唆している。

【0009】

前記のとおり、これまでに、実際のＳｉｌｋＩＩ構造は、Ｍａｒｓｈ等が提案したモデルよりは不均一であると考えられていた。しかしながら、いずれの先行技術文献も、実際のＳｉｌｋＩＩ構造が、Ｍａｒｓｈモデルとは全く違っていたという可能性を、示唆さえしていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００１−２４７６７４号公報

【特許文献2】国際公開第ＷＯ２００８／００４３５６号パンフレット

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４１８、ｐ．７４１（２００２）

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明者は、実際のＳｉｌｋＩＩ構造は、Ｍａｒｓｈモデルと異なっていることを、ここで初めて詳細に明らかにする。前記のとおりＳｉｌｋＩＩ構造が、Ｍａｒｓｈ等の提案したモデルよりは不均一であることはこれまでにも指摘されてきたが、本発明者が明らかにした相違はそれを遥かに超えたものであり、実際に、ＳｉｌｋＩＩ構造は、Ｍａｒｓｈ等が提案した分子間構造を有してはいないことが明らかになった。

【課題を解決するための手段】

【0013】

驚くべきことに、実際のＳｉｌｋＩＩ構造では、異種残基間（アラニン−グリシン）で分子間水素結合が形成されており、更に、その分子間構造には２つの形態、つまり形態Ａおよび形態Ｂが存在していた。そして、本発明者は、再生絹繊維の物性を、形態Ａの含量および／または形態Ｂの含量を変化させることで、制御し得ることを見出した。

【0014】

したがって、本発明の第１の局面は、
（１） 再生絹繊維の物性を変化させる方法であって、ＳｉｌｋＩＩ型構造をとる絹繊維中の形態Ａ含量または形態Ｂ含量またはその両方を変化させることを特徴とする、前記方法である。

【0015】

前記形態Ａの含量は、^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約１９．６ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定され得、また、前記形態Ｂの含量は、^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約２１．７ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定され得る。したがって、本発明の第一の局面の好適な態様は、
（２） 前記形態Ａ含量が^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約１９．６ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定され、前記形態Ｂ含量が^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約２１．７ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定される、上記（１）に記載の方法である。

【0016】

なお、後述のとおり、ＳｉｌｋＩＩ型構造の^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおいて、ＡｌａＣβは、前記の形態Ａおよび形態Ｂとして帰属される２つのピーク以外に、絹フィブロイン分子の非晶部中の「ゆがんだβターン構造」（Ｄｉｓｔｏｒｔｅｄ β−ｔｕｒｎ）に帰属されるピーク加えて、結晶部中にも存在していた「ゆがんだβターン構造」に帰属されるピークが重なった、最も高磁場側（約１６ｐｐｍ）のピークを与えた（図２参照）。これは、特許文献２におけるランダム成分に対応する。また、ＡｌａＣβの^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルは、前記の形態Ａおよび形態Ｂとして帰属される２つのピークの間に、絹フィブロイン分子の非晶部中の「ゆがんだβシート構造」（Ｄｉｓｔｏｒｔｅｄ β−ｓｈｅｅｔ）に帰属されるピークも含んでいた。

【0017】

更に、本発明者は、再生絹繊維を製造する際に、前記の形態Ａおよび形態Ｂの含量のいずれかまたは双方を変えることで、製造された再生絹繊維の応力―歪み特性を変化させ得ることを確認した。したがって、本発明の第一の局面の更に好適な態様は、
（３） 前記物性が絹繊維の応力―歪み特性を有する、上記（１）または（２）に記載の方法である。

【0018】

また、本発明は、前記形態Ａおよび形態Ｂの含量に着目した、変化した物性を示す再生絹繊維の製造方法を意図する。したがって、本発明の第二の局面およびその好適な態様は、以下の、
（４） 変化した物性を示す再生絹繊維の製造方法であって、ＳｉｌｋＩＩ型構造をとる絹繊維中の形態Ａ含量または形態Ｂ含量またはその両方を変化させる工程を含む、前記製造方法；
（５） 前記形態Ａ含量が^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約１９．６ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定され、前記形態Ｂ含量が^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約２１．７ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定される、上記（４）に記載の製造方法；および
（６） 前記物性が絹繊維の応力―歪み特性を有する、上記（４）または（５）に記載の製造方法である。

【0019】

更に、本発明は、前記形態Ａおよび形態Ｂの含量を新たな指標とした、再生絹繊維の品質評価方法を意図する。上記のとおり、形態Ａおよび形態Ｂの含量と物性には関連性があることが明らかになった。したがって、本発明の第三の局面およびその好適な態様は、以下の、
（７） 再生絹繊維の品質評価方法であって、ＳｉｌｋＩＩ型構造をとる絹繊維中の形態Ａ含量または形態Ｂ含量またはその両方を定量することを含む、前記方法；
（８） 前記形態Ａ含量が^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約１９．６ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定され、前記形態Ｂ含量が^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの約２１．７ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定される、上記（７）に記載の方法；および
（９） 前記品質が絹繊維の応力―歪み特性に関連づけられる、上記（７）または（８）に記載の方法である。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、従来の再生絹繊維の物性改変方法とは全く異なった観点から、当該繊維の物性を変化させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、Ｍａｒｓｈ、Ｐａｕｌｉｎｇ等によって提案された、ＳｉｌｋＩＩ型絹繊維の逆平行βシート構造である。パネルａ〜ｃは、それぞれ、３つのβシート層を３方向から見た図である。図中の大きな球はメチル基を表す。パネルｂに、絹分子鎖間の分子間水素結合が示されている。パネルａの下方に、鎖の方向が矢印で示されている。

【図2】図２は、精製した絹フィブロインの^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲにおけるＡｌａＣβのスペクトルおよびガウス分布を考慮して分離されたピークを示す。図中、最も外側の太い実線は観測されたスペクトルを示し、中実線はキモトリプシン処理沈殿部の結晶部に帰属されるスペクトルを示す。太い破線は非晶部に帰属されるスペクトルを示す。細い破線は分離された５つのピークである。

【図3】図３は、ＳｉｌｋＩＩ型構造をとる絹繊維中の形態Ａを示す。パネルａ〜ｃは、それぞれ、３つのβシート層を３方向から見た図である。図中の大きな球はメチル基を表す。パネルｂに、鎖間の水素結合が示されている。パネルａの下方に、鎖の方向が矢印で示されている。

【図4】図４は、ＳｉｌｋＩＩ型構造をとる絹繊維中の形態Ｂを示す。パネルｄ〜ｆは、それぞれ、３つのβシート層を３方向から見た図である。図中の大きな球はメチル基を表す。パネルｅに、鎖間の水素結合が示されている。パネルｄの下方に、鎖の方向が矢印で示されている。

【図5】図５は、絹繊維のＳｉｌｋＩＩ型構造をとる（ＡＧ）_１５の^１Ｈ−ＤＱＭＡＳ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｍａｇｉｃ Ａｎｇｌｅ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ）スペクトルと^１Ｈ−^１Ｈ距離相関を示す。約４Å以内の近距離の場合に^１Ｈ−^１Ｈ距離相関が観測され、（ｉ）−（ｉｘ）は、そのような近距離の^１Ｈ−^１Ｈ間をまとめてある。さらに、アラニンとグリシンのＨαのクロスピーク部分を拡大している。

【図6】図６は、絹繊維のＳｉｌｋＩＩ型構造をとる（ＡＧ）_７［Ｕ−^１３Ｃ］Ａ［Ｕ−^１３Ｃ］Ｇ（ＡＧ）_７の^１３Ｃ−^１３Ｃ ＤＡＲＲ（Ｄｉｐｏｌａｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ） スペクトルである。ここで、Ｕとは、Ｕｎｉｆｏｒｍ ラベルの事で、各残基の炭素が、すべて^１３Ｃラベルされていることを意味する。また、ＡｌａＣβとＡｌａおよびＧｌｙＣ＝Ｏのクロスピーク部分を拡大している。これによって、ＡｌａＣβの低磁場領域の２つのピーク（１９．６ｐｐｍおよび２１．９ｐｐｍ）とＡｌａおよびＧｌｙＣ＝Ｏの相関をつけることができ、ＡｌａおよびＧｌｙＣ＝Ｏの詳細な帰属を行うことができた。

【図7】図７は、絹繊維のＳｉｌｋＩＩ型構造をとる（ＡＧ）_７［３−^１３Ｃ］ＡＧ（ＡＧ）_７のＤｏｕｂｌｅ Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ^１Ｈ−^１３Ｃ相関スペクトルである。これによって、ＡｌａＣβの低磁場領域の２つのピーク（１９．６ｐｐｍおよび２１．９ｐｐｍ）とＡｌａ ＨβとＨαの相関をつけることができ、Ａｌａ ＨβとＨαの詳細な帰属を行うことができる。

【図8】図８は、絹繊維のＳｉｌｋＩＩ型構造をとる（ＡＧ）_７Ａ［Ｕ−^１３Ｃ］Ｇ（ＡＧ）_７のＤｏｕｂｌｅ Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ^１Ｈ−^１３Ｃ相関スペクトルである。これによって、ＧｌｙＣ＝Ｏの２つのピーク、Ａ，ＢとＡｌａ Ｈβ、Ｇｌｙ Ｈα１，Ｈα、ならびにＮＨとの相関をつけることができ、Ａｌａ ＨβとＧｌｙ Ｈα１，Ｈα、ならびにＮＨの詳細な帰属を行うことができる。

【図9】図９は、絹繊維のＳｉｌｋＩＩ型構造をとる（［２−^２Ｈ］ＡＧ）_１５の^１Ｈ−ＤＱＭＡＳ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｍａｇｉｃ Ａｎｇｌｅ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ）スペクトルである。分子鎖間のＧｌｙＨα間の相関（四角で囲った所）が観測されていないことが分かる。

【図10】図１０は、Ｍａｒｓｈモデルによる（ＡＧ）ｎの逆平行βシート構造を示す。

【図11】図１１は、Ｍａｒｓｈモデルと異なる（ＡＧ）ｎの逆平行βシート構造を示す。上段および下段は、それぞれ、βシート面に対し交互に反対の方向に（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎのＡｌａのβ炭素が向く形でパッキングした２種類のモデルである。

【図12】図１２は、Ｃｅｌｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒを保持したまま構造最適化した、ＳｉｌｋＩＩ型中の２種類の逆平行βシート構造を示す。本発明の形態ＡはＭｏｄｅｌ Ａ（下段）に相当し、形態ＢはＭｏｄｅｌ Ｂ（上段）に相当する。

【図13】図１３は、ＳｉｌｋＩＩ型構造をとる（ＡＧ）_１５を試料とした際の、逆平行βシート構造の固体^１Ｈ、^１３Ｃ、^１５Ｎ ＮＭＲ化学シフトの実測値と図１２の構造最適化したＳｉｌｋＩＩ型中の２種類の逆平行βシート構造に基づいて計算した値との比較である。

【図14】図１４は、実施例２の^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲにおけるＡｌａＣβのスペクトルおよびガウス分布を考慮して分離されたピークを示す。

【図15】図１５は、実施例３の^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲにおけるＡｌａＣβのスペクトルおよびガウス分布を考慮して分離されたピークを示す。

【図16】図１６は、実施例４の^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲにおけるＡｌａＣβのスペクトルおよびガウス分布を考慮して分離されたピークを示す。

【図17】図１７は、精製した天然の絹フィブロインの応力−歪み曲線を示す。縦軸が応力（Ｓｔｒｅｓｓ）、横軸が歪み（Ｓｔｒａｉｎ）を示す。

【図18】図１８は、実施例２の応力−歪み曲線を示す。縦軸が応力（Ｓｔｒｅｓｓ）、横軸が歪み（Ｓｔｒａｉｎ）を示す。

【図19】図１９は、実施例３の応力−歪み曲線を示す。縦軸が応力（Ｓｔｒｅｓｓ）、横軸が歪み（Ｓｔｒａｉｎ）を示す。

【図20】図２０は、実施例４の応力−歪み曲線を示す。縦軸が応力（Ｓｔｒｅｓｓ）、横軸が歪み（Ｓｔｒａｉｎ）を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

βシート構造形態Ａおよび形態Ｂ
今日まで、ＳｉｌｋＩＩ型構造は、Ｍａｒｓｈ、Ｐａｕｌｉｎｇ等によって提案された逆平行βシート構造をとると信じられてきた。しかしながら、上記のとおり、実際のＳｉｌｋＩＩ構造は、Ｍａｒｓｈモデルよりも不均一であるとも言われてきた。

【0023】

現実に、家蚕絹フィブロインの結晶部だけでなく結晶部モデル化合物の（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎのＳｉｌｋＩＩ型構造の^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおいて、ＡｌａＣβピークは、いずれも３本に分裂していた。そして、そのうちの高磁場側の約１６ｐｐｍのピークは、ゆがんだβターン（ランダムコイル）に帰属された（特許文献２参照）。

【0024】

一方、ＡｌａＣβの３本のピークのうちの低磁場側の２本のピーク（約１９．６ｐｐｍと約２１．７ｐｐｍ）は、いずれも逆平行βシート構造に帰属され得るが、その詳細は未だ明らかにされていなかった。つまり、構造既知のタンパク質において、Ａｌａ^１３Ｃβ化学シフトの実験値をＡｌａ残基の内部回転角に対してプロットした化学シフトのＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎ Ｍａｐを検討すると、内部回転角が逆平行βシート構造の領域であれば、内部回転角が変化しても２ｐｐｍもの大きなシフト差を生ずることはないことがわかる。

【0025】

従って、このＡｌａＣβの低磁場側の２本のピークの大きなシフト差は、分子間構造の違いを反映していると考えられた。もちろん、そもそもＭａｒｓｈのモデルは単一な分子間構造であるので、Ｍａｒｓｈのモデルに従うとＡｌａ^１３Ｃβ化学シフトの結晶部が単一ピークしか与えないこととなり、この点で大きな矛盾がある。更に、後に詳細に述べるように、Ｍａｒｓｈのモデルは、分子間水素結合が同一残基間（アラニン−アラニンまたはグリシン−グリシン）で形成することも問題である。このように、ＳｉｌｋＩＩ型構造モデルは、Ｍａｒｓｈモデルとは異なる新たなモデルを提出する必要があったのである。

【0026】

なお、特許文献２には、再生絹繊維を延伸すると、^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβの最も高磁場側のピーク（つまり、ゆがんだβターン構造ないしランダム成分）の強度が減少し、低磁場側の２つのピーク（１９．６ｐｐｍおよび２１．９ｐｐｍ）の強度が増大することを記載している。しかしながら、特許文献２は、それらの２つの低磁場側のピークが、Ｍａｒｓｈモデルとは異なる２種類のβシート構造である形態Ａおよび形態Ｂの存在を示すことをなんら記載していない。況や、特許文献２が、形態Ａまたは形態Ｂのいずれかの含量を、或いは両者の比率を変化させることで、再生絹繊維の物性を更に変化し得ることを示唆していないことは、特筆されるべきである。

【0027】

このような背景のもとで、本発明者は、本発明において正しいＳｉｌｋＩＩ型構造を明らかにした。そして、詳細は後記の実施例で述べるが、本発明者は、超高速固体ＮＭＲマイクロプローブと９２０ＭＨｚの超高磁場ＮＭＲ装置を組み合わせて得た、^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルの解析により、ＳｉｌｋＩＩ型構造をとる絹繊維中の形態Ａ（図３）および形態Ｂ（図４）を解明した。

【0028】

形態Ａおよび形態Ｂの含量
前記のとおり、本発明者による、絹繊維のＳｉｌｋＩＩ型構造における形態Ａおよび形態Ｂの解明は、主に、固体^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβのピークの解析に基づくものであった。つまり、本発明者は、家蚕絹繊維のアラニン残基のメチル基を示す固体^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳＮＭＲスペクトルを、ガウス分布を仮定して分離した。そして、本発明者は、そのようにして分離された約１９．６ｐｐｍのピークおよび約２１．７ｐｐｍのピークを更に詳細に検討して、形態Ａおよび形態Ｂの存在を確立した。したがって、ＳｉｌｋＩＩ型構造中形態Ａおよび形態Ｂの含量は、それぞれ、当該約１９．６ｐｐｍおよび約２１．７ｐｐｍのピーク面積に基づいて測定ないし定量することが可能である。なお、１９．６ｐｐｍおよび２１．７ｐｐｍ等の化学シフトの測定値は、測定条件や使用する機器の特性のために、±０．３ｐｐｍ程度の測定誤差が生じ得ることを当業者は理解し得るであろう。

【0029】

前記のガウス分布を仮定した各ピークの分離は、化学シフト並びにピークの半値幅及び高さを最適化することで行うことができる。家蚕絹繊維の固体^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳＮＭＲスペクトルにおけるピークの分離例を図２に示した。同図中、中実線部は５５％を占める結晶部であり、破線部は４５％を占める非晶部である。細い実線部は、ガウス分布を考慮して分離した各ピーク（合計５つ）を示している。

【0030】

図２から、家蚕絹繊維は極めて不均一であり、その結晶部分は主に３成分から構成されることがわかる。また、非晶部は主に２成分から構成されることがわかる。スペクトルにおける最も高磁場側は、ゆがんだβターン構造（ランダムコイル部分）であり、その割合は結晶部、非晶部を合わせて全体で４０％である。これは、基本的に繊維化前の構造が残った部分であり、十分に逆平行β構造に変わらなかった領域である。結晶部であっても１８％のゆがんだβターン部分を含むのは興味深い。一方、結晶部の残りの部分の分子鎖の局所構造は逆平行βシート構造であるが、後記実施例で詳述するとおり、ＭａｒｓｈおよびＰａｕｌｉｎｇらが提案した構造とは異なる２種類の分子間構造である形態Ａ（２５％）と形態Ｂ（１３％）から構成されている。なお、非晶部のβターン構造以外のもう１つの成分は、形態Ａと形態Ｂの間に出現する幅の広いピークとして分離され、ゆがんだβシート構造に帰属された（２２％）。

【0031】

再生絹繊維
本発明により物性が変化させられた再生絹繊維は、典型的には、家蚕の繭を原料として製造することができる。

【0032】

好適には、繭を小片に裁断した後に、絹フィブロイン以外の、セリシン等の蛋白質や脂肪分を除去する。この処理の非限定的な例は、約８０℃〜約１００℃に加熱した、約０．２％（重量／容量）〜約０．５％（重量／容量）の石鹸と場合により約０．２％（重量／容量）〜約０．５％（重量／容量）の炭酸ナトリウムを含有する水溶液に前記の繭の小片を入れて、撹拌しながら約５〜約６０分間煮沸する工程を含む。その後、約８０℃〜約１００℃に加熱した水中で絹糸を洗浄することが好ましい。所望ならばこの操作を３回行い、更に水で約５〜約６０分煮沸した後に洗浄してもよい。

【0033】

なお、本発明の再生絹繊維の原料として、特許文献１に記載された方法に従って設計され、大腸菌等を利用した遺伝子工学的手法や化学的手法により製造された絹様材料を使用してもよい。すなわち、そのような絹様材料は、第１のアミノ酸であるグリシンと第２のアミノ酸との交互共重合体の中から分子全体にわたりβターンタイプＩＩ型構造が繰り返された共重合体を選択し、前記分子全体にわたりβターンタイプＩＩ型構造が繰り返された共重合体を部分的に化学修飾したものの中から水溶性である共重合体を選択し、前記部分的に化学修飾された水溶性の共重合体の中から水の存在下で延伸した場合に前記βターンタイプＩＩ型構造に含まれる分子内水素結合が分子間水素結合へと転移して絹様材料を形成する共重合体を選択することにより設計され得る。

【0034】

上記の処理により繭から精製した絹フィブロインおよび特許文献１に記載の方法で遺伝子工学的または化学的手法により製造された絹様材料は、通常、乾燥させられ、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液により溶解させられる。当該水溶液中の好ましい臭化リチウムの濃度は約５〜約１２Ｍであり、より好ましくは約９Ｍである。当該ＬｉＢｒ水溶液に溶解させ得る絹フィブロインの濃度は約５％（重量／容量）〜約４０％（重量／容量）の範囲であるが、これに限定されない。絹フィブロインを約１０％（重量／容量）の濃度で溶解させることが好ましい。所望ならば、絹フィブロインの溶解を促進するために、ＬｉＢｒ水溶液を振とうしながら約４０℃程度に加熱してもよい。更に、固形分を除くために、溶解絹フィブロインを含むＬｉＢｒ水溶液をガラスフィルター等により濾過してもよい。

【0035】

上記の絹フィブロインを溶解したＬｉＢｒ水溶液を、セルロースなどの透析膜を用いて蒸留水に対して１日〜数日間（例えば４日間）透析する。この操作により、ＬｉＢｒ等の塩が除かれた絹フィブロイン水溶液が得られる。

【0036】

上記の絹フィブロイン水溶液から凍結乾燥等により水を除去した後に、絹フィブロインを溶媒に再度溶解する。好適な溶媒の例は、ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）やヘキサフルオロアセトン（ＨＦＡ）を含む。

【0037】

本発明の再生絹繊維を、絹フィブロインをＨＦＩＰまたはＨＦＡ中に溶解した溶液から紡糸することが好ましい。後記の実施例に示されるとおり、絹フィブロインを溶解するための溶媒としてＨＦＩＰを用いた場合とＨＦＡを用いた場合とでは、ＳｉｌｋＩＩ型構造中の形態Ａおよび形態Ｂの比が異なることが明らかになった。そして、それらの再生絹繊維は、互いに異なる応力―歪み特性を示した。したがって、絹フィブロインを溶解させる溶媒を変更することは、本発明の形態Ａおよび形態Ｂの含量を調節するための好適な実施態様である。

【0038】

より詳細に、上記の絹フィブロイン溶液から紡糸を行う際には、湿式紡糸法、乾燥ジエット紡糸法、乾式紡糸法およびエレクトロスピニング法のいずれをも利用することができる。特に、長い繊維を製造する場合には、湿式紡糸法を利用することが好ましい。すなわち、前記絹フィブロイン溶液を、紡糸口を介して凝固浴に向けて吐出させることにより、本発明の再生絹を紡糸することができる。また、不織布を製造する場合には、エレクトロスピニング法を利用することが好ましい。

【0039】

湿式紡糸法の凝固浴に用いる浴液は、それに対して絹フィブロインが不溶であり、他方、前記の絹フィブロイン溶液の溶媒が可溶である限り、いずれの液体であってもよい。例えば、ＨＦＩＰを絹フィブロイン溶液の溶媒として選んだ場合には、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン等を浴液として使用することができる。これらの中では、絹フィブロインの凝固能が高いことに加え、環境的に安全で廉価なメタノールを使用することが好ましい。

【0040】

本発明の再生絹繊維は、前記溶媒（ＨＦＩＰ等）を充分に除去するために、凝固浴中に数時間静置した後に乾燥することで得ることができる。しかしながら、乾燥の際に再生絹繊維を延伸することも好ましい態様である。後記の実施例に示されるとおり、異なった延伸比（Ｄｒａｗ Ｒａｔｉｏ）を適用することで、ＳｉｌｋＩＩ型構造中の形態Ａおよび形態Ｂの比を変化させ得ることが見いだされた。そして、それらの再生絹繊維は、互いに異なる応力―歪み特性を示した。したがって、再生絹繊維の延伸比を変更することも、本発明の形態Ａおよび形態Ｂの含量を調節するための好適な実施態様である。典型的には、本発明の再生絹繊維を、約１〜約４倍程度、好ましくは約１．５〜約３倍程度に延伸することができる。なお、凝固浴から出され未だ濡れている間に冷延伸したり、凝固浴中で延伸したりすることもできる。

【0041】

かくして、本発明の形態Ａおよび形態Ｂの含量を変化させ、それにより変化した物性を示す再生絹繊維を製造することができる。

【0042】

本発明の再生絹繊維の用途
本発明の再生絹繊維は、織物などの材料は勿論のこと、手術用縫合糸としても使用することができる。或いは、本発明の再生絹繊維は、人工血管や再生医療用機材としても有用であり得る。すなわち、本発明の再生絹繊維は、細く、強く、そして多様な弾性と柔軟性を示し得る。

【0043】

以上の説明を与えられた当業者は、本発明を十分に実施できる。以下、説明のみの目的で実施例を与える。

【実施例】

【0044】

実施例１： 形態Ａおよび形態Ｂ
試料作製
家蚕絹フィブロインの結晶部試料（Ｃｐフラクション）は、精練絹糸を９ＭのＬｉＢｒ水溶液に溶解後、透析を経て再生絹フィブロイン水溶液とし、それをα−キモトリプシン処理した後、沈殿部（全体の５５％）を集めることによって得た。家蚕絹結晶部モデル化合物（Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５は、固相法によって合成した。ＡｌａおよびＧｌｙ残基の選択的^１３Ｃラベル化及び^２Ｈラベル化は、適宜、該当のラベルアミノ酸を合成時に導入することによって得られた。

【0045】

固体ＮＭＲ測定
超高速固体ＮＭＲ用プローブ（７０ＫＨｚで超高速回転。ＪＥＯＬ ＲＥＳＯＮＡＮＣＥ（株）製）と分子科学研所（日本国愛知県岡崎市明大寺町字西郷中３８番地）設置のＪＥＯＬ製 ＪＮＭ−ＥＣＡ ９２０ＭＨｚ超高磁場固体ＮＭＲ装置を組み合わせて、家蚕絹結晶部およびモデル化合物の（Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５のＳｉｌｋＩＩ型について、^１ＨＤＱ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ）／ＭＡＳ（Ｍａｇｉｃ Ａｎｇｌｅ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ）ＮＭＲスペクトルを得た。それによって、すべての固体^１Ｈ化学シフトを得るとともに、^１Ｈ化学シフトの帰属は、適宜、選択的に^１３Ｃラベル化した（Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５を用いて、ｄｏｕｂｌｅ ｃｒｏｓｓ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ^１Ｈ−^１３Ｃ相関法によって行った。^１３Ｃピークの帰属は、従来の帰属結果に加えて、選択的に^１３Ｃラベル化した（Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５を用い、^１３Ｃ ＤＡＲＲ（Ｄｉｐｏｌａｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）法にて行った。^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲおよびＤＡＲＲ測定は、ＪＥＯＬ製 ＥＣＸ ４００ＮＭＲ装置を用い、ＭＡＳ ８ｋＨｚ下で行った。

【0046】

ＮＭＲ化学シフト計算
結晶構造を対象としたＮＭＲ化学シフト計算法である、ＧＩＰＡＷ（Ｇａｕｇｅ−ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｗａｖｅ）法（市販のプログラムを使用：Ａｃｃｅｌｙｓ Ｉｎｃ．、Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ、ＣＡ、ＵＳＡ）を用いて、家蚕絹フィブロインのＳｉｌｋＩＩ型結晶部（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎについて、^１Ｈ，^１３Ｃ，^１５Ｎ固体化学シフト計算を行った。最終的に、すべての固体ＮＭＲデータを満たす家蚕絹フィブロイン結晶部のＳｉｌｋＩＩ不均一構造を決定した。

【0047】

１−ａ） （Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５ＳｉｌｋＩＩの^１Ｈ ＮＭＲスペクトルの帰属
^１Ｈ化学シフトの帰属は、（Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５および選択的に^１３Ｃラベル化した（Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５を用い、^１Ｈ−ＤＱＭＡＳ ＮＭＲならびにｄｏｕｂｌｅ ｃｒｏｓｓ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ^１Ｈ−^１３Ｃ相関法によって行った（図５，７，８，９）。また、そのための^１３Ｃスペクトルの帰属は、従来の帰属結果に加えて、選択的に^１３Ｃラベル化した（Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５を用いて、^１３Ｃ ＤＡＲＲ法にて行った（図６）。試料は（ＡＧ）_７［１，２，３−^１３Ｃ］Ａ［１，２−^１３Ｃ］Ｇ（ＡＧ）_７を用いた。^１Ｈスペクトルは低磁場側からＨＮ、Ｈα、Ｈβの３領域となる。Ｈαは^１３Ｃ軸との相関から、ＡｌａＨα（５ｐｐｍ付近）とＧｌｙＨα（４ｐｐｍ付近で２本に分かれる）に、容易に帰属できる。ＨＮは^１３Ｃと直接結合していないため強度は弱いが、Ａｌａ−ＨＮはＧｌｙ−ＣＯ（１６９ｐｐｍｍ）と２結合を通しての相関、Ｇｌｙ−ＨＮはＡｌａ−ＣＯ（１７２ｐｐｍ）と２結合を通しての相関となり、ＡｌａＨＮおよびＧｌｙＨＮを帰属できる。その結果、ＡｌａとＧｌｙ残基の間で、ＨＮ化学シフトは、おおよそ、一致することが分かる。Ａｌａ−Ｈβは３本に分裂した^１３Ｃβピークと対応して、非晶部あるいはターン部分に由来するピークと２種の結晶ピークとの相関から、^１Ｈスペクトルを帰属できる。すなわち、１．２ｐｐｍ（^１Ｈ）−１６．１ｐｐｍ（^１３Ｃ）、１．０ｐｐｍ（^１Ｈ）−１９．２ｐｐｍ（^１３Ｃ）および１．３ｐｐｍ（^１Ｈ）−２２．３ｐｐｍ（^１３Ｃ）と対応づけられる。一方、Ｇｌｙの２本のカルボニル（Ｃ＝Ｏ）ピーク（形態Ａと形態Ｂに対応）との相関から、Ｇｌｙ Ｈα１が、ＡとＢに分離されると同時にＧｌｙ Ｈα２は、分離されないことがわかる。それによって、Ｇｌｙ Ｈαの帰属を行うことができる。

【0048】

１−ｂ） ^１Ｈ ＮＭＲスペクトルに基づく従来のＳｉｌｋＩＩモデルとの比較
次に、詳細なＳｉｌｋＩＩ型の構造に関する知見を得るべく、^１Ｈ−ＤＱＭＡＳスペクトルにより^１Ｈ−^１Ｈ相関を調べた（図５）。まずＨＮの化学シフトはＡｌａとＧｌｙ残基の間で違いは見られなかった。ＨＮの化学シフトは、分子間水素結合したカルボニル基との間の原子間距離を反映することから、βシート内でＡｌａとＧｌｙ残基の間で分子間水素結合距離に差がないことが分かる。さらに興味深いのは、２個の非等価なＧｌｙのＨα水素のうち、Ｉｎ ｐｌａｎｅのＧｌｙ−Ｈα（４．６ｐｐｍ）とＡｌａ−Ｈα（５．０ｐｐｍ）との間に相関ピークが観察されたことである。後に述べるように、^１Ｈ化学シフト計算から、２個の非等価なＧｌｙのＨα水素のうち、低磁場側がＩｎ ｐｌａｎｅ、高磁場側がＯｕｔ ｐｌａｎｅと帰属された。図１のパネルａに示したようにＭａｒｓｈモデルでは分子間水素結合は同一残基間（Ａｌａ−ＡｌａまたはＧｌｙ−Ｇｌｙ）で形成しているため、両プロトンはβシート内では４．５および５．９Åと、ＤＱＭＡＳ観測可能範囲（〜４．０Å）よりも十分に遠い。本提案モデルで、この実測結果を説明できる。さらに、分子間に目を向ける。Ｍａｒｓｈモデルでは、Ｏｕｔ ｐｌａｎｅのＧｌｙ−Ｈα（３．９ｐｐｍ）とＡｌａ−Ｈαは、より近く、２．２Åであり、Ｉｎ ｐｌａｎｅのＧｌｙ−ＨαとＡｌａ−Ｈαの相関が見られるならば、この相関も当然観察されるはずである。実際にはＯｕｔ ｐｌａｎｅのＧｌｙ−ＨαとＡｌａ−Ｈαとの相関は見られず、Ｉｎ ｐｌａｎｅのＧｌｙ−Ｈαとの相関のみが観察されていることから、同一残基間（Ａｌａ−ＡｌａまたはＧｌｙ−Ｇｌｙ）で分子間水素結合をとるＭａｒｓｈ型の構造ではなく、異種残基（（Ａｌａ−Ｇｌｙ）間で分子間水素結合を形成した構造をとっていると結論された。この測定結果は、再度、すべてのＡｌａ−Ｈαを重水素化した（［２−ｄ］Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５の^１Ｈ−ＤＱＭＡＳスペクトルから、より明確に確認できる（図９）。すなわち、もし同残基間で分子間水素結合を形成していれば、Ｉｎ ｐｌａｎｅＧｌｙ−Ｈαの分子間自己相関が対角ピークとして現れるはずであるが、図９において、それは観察されなかったことから明らかである。

【0049】

１−ｃ） ＳｉｌｋＩＩ構造モデルの構築
家蚕絹フィブロイン、その結晶部ならびに結晶部モデル化合物の（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎのＳｉｌｋＩＩ型構造の^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおいて、ＡｌａＣβピークは、いずれも３本に分裂する。高磁場側の約１６ｐｐｍのピークは、ゆがんだβターンまたはランダムコイルに帰属されてきた。一方、低磁場側の２本のピーク（１９．６ｐｐｍと２１．７ｐｐｍ）は、いずれも逆平行βシート構造に帰属されるが、その詳細は未だ帰属されていなかった。Ａｌａ^１３Ｃβ化学シフトの実験値をＡｌａ残基の内部回転角に対してプロットしたＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎ Ｍａｐを検討すると、逆平行βシート構造の領域であれば、内部回転角が変化しても２ｐｐｍの大きなシフト差を生ずることはない。したがって、この大きなシフト差は、分子間構造の違いを反映していると考えられた。もちろん、Ｍａｒｓｈのモデルは単一な分子間構造であるので、Ｍａｒｓｈのモデルに従うとＡｌａ^１３Ｃβ化学シフトの結晶部が単一ピークしか与えないこととなり、矛盾する。すでに述べたように、Ｍａｒｓｈのモデルは、分子間水素結合が同一残基間（Ａｌａ−ＡｌａまたはＧｌｙ−Ｇｌｙ）で形成することの問題点もある。このように、ＳｉｌｋＩＩの構造モデルは、Ｍａｒｓｈモデルとは異なる新たなモデルを提出する必要があった。

【0050】

そこで、ＳｉｌｋＩＩの正しい構造を解明するために、（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎについて、分子鎖のＡｌａおよびＧｌｙ残基の内部回転角を典型的な逆平行βシート構造の角度（φ，ψ＝１４０°，１４０°）とし、分子間構造の異なる二つの結晶構造を作製することとした。単位格子に関する報告値として、Ｍａｒｓｈらの値（繊維軸ｂ：６．９７Å、ｃ：９．２０Å、ａ：９．４０Å、対称性：Ｐ２_１（ｘ，ｙ，ｚ −ｘ，ｙ＋１／２，−ｚ）並びにＴａｋａｈａｓｈｉらの値（繊維軸ｃ：６．９８Å、ｂ：９．４９Å、ａ：９．３８Å、対称性：Ｐ２_１（ｘ，ｙ，ｚ −ｘ，ｙ＋１／２，−ｚ）が報告されているが、大差はない。ここでは、より新しい後者の単位格子を採用した。

【0051】

そこで、Ｍａｒｓｈモデルと異なり、βシート面に対し交互に反対の方向に（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎのＡｌａのβ炭素が向く形でパッキングした２種類のモデルを検討し、初期構造とした。これらの構造は図１０の左パネルの右下の分子鎖を分子鎖軸周りに１８０°回転することにより得られる。そのモデル作製手順は、以下のようである。
１． 図１０に示したＭａｒｓｈ ｍｏｄｅｌに明示されている２分子の座標のうち、左パネル下段右側の分子のみ、分子軸を中心に１８０°回転させる。上段の２分子は対称操作により自動生成され、図１１の上段のモデル１が作成される（Ｍａｒｓｈ ｍｏｄｅｌの分子鎖軸は図１１の左パネルと同じｂ軸）。尚、１８０°回転した分子鎖は水素結合位置を合わせるため、分子鎖方向に１残基分ずらす。
２． １で作成した２分子の座標をｘ軸（ａ軸）の周りに９０°回転させることにより分子鎖軸はｚ軸（ｃ軸）に向いた構造が生成される。残りの２分子は対称操作により自動生成され、図１１下段のモデル２が作成される。尚、軸回転により作成座標は、対称操作により生成される座標とぶつかりあわないようにするため、分子鎖方向（ｃ軸）に１／２残基分ずらす。
３． 対称性については、分子鎖軸を結晶セルのａ軸，ｂ軸，ｃ軸に合わせた３通りのモデルが考えられるが、Ｐ２_１の場合ｘ，ｚ（ａ．ｃ）は同等であり、分子鎖軸をｂ軸，ｃ軸にあわせた２つのモデルについて検討すればよい。

【0052】

上記２つのモデルについて、Ａｃｃｅｌｒｙｓ社製の商品名「Ｄｉｓｃｏｖｅｒ」（ｐｃｆｆ ｆｏｒｃｅ ｆｉｅｌｄ）によりＣｅｌｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒを保持したまま構造最適化（ｅｎｅｒｇｙ ｍｉｎｉｍｉｚｅ）した結果、図１２の構造を得た。尚、Ｍｏｄｅｌ Ａ（図１２下段）の方がＭｏｄｅｌ Ｂ（図１２上段）より２．０４ｋｃａｌ／ｍｏｌ安定であった。このエネルギー計算の結果から、ＡｌａＣβピークの低磁場側の２本のピーク（１９．６ｐｐｍと２１．７ｐｐｍ）のうち、よりピーク強度の強い１９．６ｐｐｍのピークをＭｏｄｅｌ Ａに、よりピーク強度の弱い２１．７ｐｐｍのピークをＭｏｄｅｌ Ｂに帰属することが妥当であると推測された。そして、この帰属は、次に述べる化学シフト計算の結果によって確立された。

【0053】

１−ｄ） ^１Ｈ，^１３Ｃ，^１５Ｎ固体ＮＭＲ化学シフト計算
さらに、（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎのＭｏｄｅｌ ＡとＭｏｄｅｌ Ｂの分子間構造について、ＧＩＰＡＷ（Ｇａｕｇｅ−ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｗａｖｅ）法（市販のプログラムを使用：Ａｃｃｅｌｙｓ Ｉｎｃ．、Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ、ＣＡ、ＵＳＡ）を用いてエネルギーを最適化した後、化学シフト計算を行った。既に報告されている（Ａｌａ−Ｇｌｙ）_１５の^１３Ｃならびに^１５Ｎ固体ＮＭＲ化学シフトの実測結果に、本研究で行った^１Ｈ固体ＮＭＲ化学シフトの実測結果を加えて、計算結果との比較を棒スペクトルを用いて行った（図１３）。

【0054】

まず、^１Ｈ固体ＮＭＲ化学シフトの実測と計算の比較結果を図１３で検討した。その結果、（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎの^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおいて、Ａｌａ^１３Ｃβの主ピークである１９．６ｐｐｍのピークに相当するＡｌａ^１ＨＣβピーク（図５）を、よりエネルギー的に安定なＭｏｄｅｌ Ａに帰属し、よりピーク強度の弱いＡｌａ^１３Ｃβの２１．７ｐｐｍのピークに相当するＡｌａ^１ＨＣβピーク（図５）をＭｏｄｅｌ Ｂに帰属することが妥当と考えられるが、実際、計算結果ではこれが再現されていた。すなわち、後者は約０．３ｐｐｍ、より低磁場シフトするという計算結果を得、実測を良く説明できることがわかった。Ｍｏｄｅｌ Ａのピーク強度に比べて、ＭｏｄｅｌＢのピーク強度を、実測結果を反映して約半分にして棒スペクトルで表示した。特に、この^１Ｈ化学シフト計算の実測との良い一致を背景に、２個の非等価なＧｌｙのＨα水素を明確に帰属することができた。すなわち、低磁場側をＩｎ ｐｌａｎｅ、高磁場側をＯｕｔ ｐｌａｎｅと帰属することができた（図１３）。

【0055】

一方、Ｍｏｄｅｌ Ｂについては、Ａｌａ^１ＨＣβピークおよびＧｌｙ^１Ｈαピークで、明瞭に計算結果と実測結果が一致することが示された。さらに、実測の２個の非等価なＧｌｙのＨα水素について、Ｍｏｄｅｌ ＡとＭｏｄｅｌＢのシフト差の傾向も良く再現されていた。ＮＨアミド水素についても、Ｍｏｄｅｌ Ａと比較して、わずかにＭｏｄｅｌＢが高磁場に出現するが、この傾向も、計算結果で良く再現されている。

【0056】

実測結果と計算結果の一致は、さらに^１３Ｃおよび^１５Ｎ固体ＮＭＲ化学シフトにおいて、強調される。図１３で、次に^１３Ｃ固体ＮＭＲ化学シフトの実測と計算の比較結果を検討した。（Ａｌａ−Ｇｌｙ）ｎの^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルの実測結果を、Ｍｏｄｅｌ ＡとＭｏｄｅｌ Ｂの計算結果で、良く再現できることがわかった。すなわち、化学シフトの計算結果は、Ａｌａ^１３Ｃβの主ピークである１９．６ｐｐｍのピークをよりエネルギー的に安定なＭｏｄｅｌ Ａに帰属させ、ピーク強度が約半分のＡｌａ^１３Ｃβの２１．７ｐｐｍのピークをＭｏｄｅｌ Ｂに帰属できることを示していた。Ａｌａ^１３Ｃβ以外の領域においては、ＧｌｙおよびＡｌａ^１３Ｃ＝Ｏについて Ｍｏｄｅｌ ＡとＭｏｄｅｌ Ｂのシフト差が計算結果で、良く再現された。それ以外の全ての^１３Ｃピークについても、Ｍｏｄｅｌ ＡとＭｏｄｅｌ Ｂの計算結果で、実測を良く再現できることがわかった。

【0057】

最後に、^１５Ｎ固体ＮＭＲ化学シフトの実測と計算の比較結果を図１３で検討した。Ｍｏｄｅｌ ＡとＭｏｄｅｌ Ｂの計算結果から、後者はＡｌａピークでは低磁場側に、Ｇｌｙピークでは高磁場側に出現することが予想される。実測結果は、それに対応している。

【0058】

以上のように、^１Ｈ、^１３Ｃそして^１５Ｎ固体ＮＭＲ化学シフトの計算結果は十分に実測結果を再現していると結論付けることができた。このことは、本モデル構造を出発点とした量子化学計算が極めて精度良く実測のＮＭＲ化学シフトの結果を再現できることを意味する。このように家蚕絹のＳｉｌｋＩＩ構造の逆平行βシート構造のモデルとして上記のＭｏｄｅｌ Ａ とＭｏｄｅｌ Ｂの共存モデルが確立されたので、前者を形態Ａと、また後者を形態Ｂと名付けた。

【0059】

参考例１： 家蚕絹繊維中の形態Ａおよび形態Ｂの含量
精製した家蚕絹フィブロインの^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβのピークを、ガウス分布を仮定して分離した。計算は、化学シフト並びにピークの半値幅及び高さを最適化することで行った。分離されたピークを図２に示した。同図中、中実線は約５５〜５６％（ピーク面積の百分率。以下、同じ。）を占めるキモトリプシン処理沈殿部の結晶部であり、破線は約４４〜４５％を占める非晶部である。細い破線は、ガウス分布を考慮して分離した各ピーク（合計５つ）を示している。図２から、家蚕絹フィブロインは極めて不均一であり、その結晶部は、主に３成分から構成されることがわかる。また、非晶部は、主に２成分から構成されることがわかる。スペクトルにおける最も高磁場側は、ゆがんだ（ｄｉｓｔｏｒｔｅｄ）βターン構造（ランダムコイル部分）であり、その割合は結晶部（１８％）と非晶部（２２％）を合わせて、全体で４０％であった。結晶部の残りの部分の分子鎖構造は逆平行βシート構造であり、形態Ａ（２５％）と形態Ｂ（１３％）から構成されていた。なお、非晶部のゆがんだβターン構造以外の成分は、形態Ａと形態Ｂの間のピークとして分離され、ゆがんだ（ｄｉｓｔｏｒｔｅｄ）βシート構造に帰属された（２２％）。

【0060】

実施例２〜４： 形態Ａおよび形態Ｂ含量と物性の関係
形態Ａおよび形態Ｂの含量が、再生絹繊維の物性にどのような影響を及ぼすかを検討した。
再生絹繊維の製造
家蚕（Ｂ．ｍｏｒｉ）の繭を小片に切断し、０．２５％（重量／容量）の炭酸ナトリウムおよび０．２５％（重量／容量）のマルセル石鹸を含む溶液に入れて、８５℃で１５分間処理した。この処理により絹セリシン等の絹フィブロイン以外の成分を除去した。得られた絹フィブロインを十分に純水で洗浄した後に、当該絹フィブロインを９Ｍの臭化リチウム水溶液に４０℃で１時間かけて溶解して、１０％（重量／容量）の絹フィブロイン溶液を得た。当該絹フィブロイン溶液を、セルロース膜を用いて、脱イオン水に対し４℃で４日間透析した。透析後の絹フィブロイン水溶液中の絹フィブロイン濃度を２．０％（重量／容量）に調整して凍結乾燥した。

【0061】

実施例２： 前記凍結乾燥した絹フィブロインを、和光純薬工業株式会社（大阪、日本）から購入した分析グレードのヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）中に２日間かけて溶解し、１５％（重量／容量）の絹フィブロイン溶液を調製した。溶液を脱ガスした後に、その絹フィブロイン溶液を、内径０．４５ｍｍのステンレス製紡糸口金から、シリンジポンプを用いて室温でメタノールを収容した凝固浴に向けて押出した。凝固浴中で再生された絹繊維を２０ｍ／分の速度で巻き取った後に、得られた再生絹繊維を当該凝固浴中に３時間浸し続けることで、ＨＦＩＰ分子をメタノール中に拡散させて再生絹繊維から除去した。次いで、再生絹繊維を蒸留水に浸し、延伸機（株式会社井元製作所製。京都、日本）を用いて、４０℃で、元の再生絹繊維の長さの３．０倍まで延伸した。延伸した再生絹繊維は、ボビンに巻き取って、室温で１晩乾燥させた。

【0062】

実施例３： 前記凍結乾燥した絹フィブロインを、和光純薬工業株式会社（大阪、日本）から購入した分析グレードのヘキサフルオロアセトン（ＨＦＡ）中に２日間かけて溶解した。それ以降の処理は、実施例２と同じであった。

【0063】

実施例４： 前記凍結乾燥した絹フィブロインを、和光純薬工業株式会社（大阪、日本）から購入した分析グレードのヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）中に２日間かけて溶解し、１５％（重量／容量）の絹フィブロイン溶液を調製した。溶液を脱ガスした後に、その絹フィブロイン溶液を、内径０．４５ｍｍのステンレス製紡糸口金から、シリンジポンプを用いて室温でメタノールを収容した凝固浴に向けて押出した。凝固浴中で再生された絹繊維を２０ｍ／分の速度で巻き取った後に、得られた再生絹繊維を当該凝固浴中に３時間浸し続けることで、ＨＦＩＰ分子をメタノール中に拡散させて再生絹繊維から除去した。次いで、再生絹繊維を蒸留水に浸し、延伸機（株式会社井元製作所製。京都、日本）を用いて、４０℃で、元の再生絹繊維の長さの約１〜１．５倍前後の割合で軽く延伸した。延伸した再生絹繊維は、ボビンに巻き取って、室温で１晩乾燥させた。

【0064】

再生絹繊維中のβシート構造形態Ａおよび形態Ｂの含量
参考例１と同様にして、実施例２〜４の再生絹繊維の^１３Ｃ ＣＰ／ＭＡＳＮＭＲスペクトルにおけるＡｌａＣβのピークを測定し、ガウス分布を仮定して５つのピークに分離した（図１４〜図１６）。表１に示した結果は、絹フィブロインを溶解する溶媒の種類および／または再生絹繊維の延伸率を変更することで、再生絹繊維中のβシート構造形態Ａおよび形態Ｂの含量およびその比率を変え得ることを示している。

【0065】

【表1】

【0066】

再生絹繊維の物性測定
株式会社島津製作所（京都、日本）製のＥＺ−Ｇｒａｐｈ張力試験機（５Ｎロードセルを使用）を用い、室温で、上記実施例２〜４の応力（Ｓｔｒｅｓｓ）−歪み（Ｓｔｒａｉｎ）応答を測定した。測定は、２５ｍｍの長さの各試料を用いて、試験速度１０ｍｍ／秒の条件下で行った。比較のために、同じ条件で測定した天然の絹繊維の応力−歪み曲線も示した（図１７）。図１８〜２０に、実施例２〜４の応力−歪み曲線を示した。これらの結果は、１０回の測定の平均値として表されている。

【0067】

参考例１、実施例２（図１８）および実施例３（図１９）を比較すると、βシート構造形態Ｂの含量が多いほど、応力−歪み曲線が滑らかになり、それらの曲線の肩部（Ｓｔｒｅｓｓが２００ＭＰａ前後で、Ｓｔｒａｉｎが数〜１０％前後）が小さくなった。また、実施例４（図２０）は、βシート構造形態Ｂの含量が少なくなると歪み特性は改善するが、応力は減少する傾向を示している。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明により、変化した物性を示す絹繊維の製造が可能となる。したがって、本発明は繊維産業および医療機材産業において有用であり得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【配列表】

[この文献には参照ファイルがあります.J-PlatPatにて入手可能です(IP Forceでは現在のところ参照ファイルは掲載していません)]