Challenge for producing strong and tough regenerated-silk fibers by inducing the hierarchical fibrillar structure

本研究の目的は、天然シルクと同等のフィブリル階層構造を有する人工シルク繊維を創製するための紡糸技術を開発し、人工シルク繊維の強度ならびにタフネスを向上させることにある。目的達成に向け、本年度は主に以下二つの課題に取り組んだ。課題1：天然シルク繊維のフィブリル階層構造の精密構造解析・・・カイコやクモのシルクに比べて秩序性の高いフィブリル階層構造を有するミノムシシルク（繊維径 5umΦ）について、ビーム径が繊維直径の約1/20となる直径250nmΦのナノX線ビームを用いた繊維の微細階層構造解析を、欧州シンクロトロン放射光施設（ESRF）にて行った。繊維表層から内層にかけてナノフィブリル集合束の直径が傾斜的に増加することを明らかにした。課題２：カイコや野蚕の吐糸工程で生じる構造形成機構の解明・・・天然シルクの構造形成機構を明らかにするため、カイコおよび野蚕の絹糸腺を摘出し、絹糸腺内部のフィブロインを延伸する過程生じる構造形成を追跡した。フィブロインタンパクのアミノ酸特徴配列中にポリアラニン連鎖領域を有するエリサンシルクでは、絹糸腺フィブロイン延伸過程の時分割X線構造解析より、ナノフィブリル前駆構造の自己組織化的形成、ならびにαヘリックスの自己組織化六方最密充填集合形成および延伸によるそれらの配向化とその後のβシート構造への構造転移を捉えることに成功した。

本研究の目的は、天然シルクと同等のフィブリル階層構造を有する人工シルク繊維を創製するための紡糸技術を開発し、人工シルク繊維の強度ならびにタフネスを向上させることにある。目的達成に向け、本年度は主に以下二つの課題に取り組んだ。課題1：天然シルク繊維のフィブリル階層構造の精密構造解析・・・カイコやクモのシルクに比べて秩序性の高いフィブリル階層構造を有するミノムシシルク（繊維径 5umΦ）について、ビーム径が繊維直径の約1/20となる直径250nmΦのナノX線ビームを用いた繊維の微細階層構造解析を、欧州シンクロトロン放射光施設（ESRF）にて行った。繊維表層から内層にかけてナノフィブリル集合束の直径が傾斜的に増加することを明らかにした。課題２：カイコや野蚕の吐糸工程で生じる構造形成機構の解明・・・天然シルクの構造形成機構を明らかにするため、カイコおよび野蚕の絹糸腺を摘出し、絹糸腺内部のフィブロインを延伸する過程生じる構造形成を追跡した。フィブロインタンパクのアミノ酸特徴配列中にポリアラニン連鎖領域を有するエリサンシルクでは、絹糸腺フィブロイン延伸過程の時分割X線構造解析より、ナノフィブリル前駆構造の自己組織化的形成、ならびにαヘリックスの自己組織化六方最密充填集合形成および延伸によるそれらの配向化とその後のβシート構造への構造転移を捉えることに成功した。