DE19841649A1

DE19841649A1 - Verfahren zur Herstellung und produktorientierten Verarbeitung von konzentrierten Lösungen fibrillärer Proteine in NMMNO-Monohydrat

Info

Publication number: DE19841649A1
Application number: DE1998141649
Authority: DE
Inventors: Klaus Heinemann; Eberhard Taeger
Original assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Current assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise konzentrierten Lösungen fibrillärer Proteine in N-Methylmorpholin-N-Oxid, das weniger als 1,5 Mol Wasser enthält und im folgenden als NMMNO-Monohydrat bezeichnet wird sowie deren produktorientierte Verarbeitung durch Spinn-, Gieß-, Blas- und andere Verformungsverfahren zu mono- und polyfilen Filamenten, Stapelfasern, Mikrofasern, Vliesen, Folien, Membranen, Beschichtungen, Filmen, Schlauchfolien oder zu anderen Formkörpern, die wiederum ihrerseits vielfältig genutzt werden können. Fibrilläre Proteine im Rahmen dieser Erfindung sind sowohl native Fibrillärproteine, vorzugsweise das Fibroin des Maulbeerseidenspinners bombyx mori L. sowie Spinnseidenfibroine verschiedener Radnetzspinnen als auch gentechnisch durch homologe und heterologe Expression gewonnene und durch biotechnologische Verfahren erzeugte Proteine und Proteinsequenzen mit einer naturidentischen, ähnlichen und/oder gezielt modifizierten Primärstruktur. Erfindungsgemäß nach diesem Verfahren hergestellte und verarbeitete Lösungen können die fibrillärproteine sowohl allein als auch in Kombination mit anderen, im NMMNO-Monohydrat gelösten und/oder darin fein genug dispergierten nieder- und/oder hochmolekularen anorganischen und/oder organischen Substanzen enthalten.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise konzentrierten Lösungen fibrillärer Proteine in N-Methylmorpholin-N-Oxid das weniger als 1,5 Mol Wasser enthält und im folgenden als NMMNO-Monohydrat bezeichnet wird sowie deren vielfältige produktorientierte Verarbeitung durch Spinn-, Gieß-, Blas- und andere Verformungsverfahren zu mono- und polyfilen Filamenten, Stapelfasern, Mikrofasern, Vliesen, Folien, Membranen, Beschichtungen, Filmen, Schlauchfolien oder zu anderen Formkörpern, die wiederum ihrerseits vielfältig genutzt werden können, zum Beispiel als alleinige oder in Mischungen anwendbare Ausgangs materialien für die Fertigung von Seilen und Taue, von Angelschnüren und Saiten für Musikinstrumente, von Verstärkungsfasern für faserverstärkte Verbundmaterialien und Composites, von chirurgischen Nahtmaterialien, von textilen Flächengebilden für den Personenschutz und für Bekleidungsartikel, für die Erzeugung von Bindefasern zur Vliesverfestigung und zur Armierung in Biokompositen und Polymerfolien, für Lebens mittelverpackungen, für die Herstellung von Lederimitaten, von Papieren, von Filtern, Membranen und Adsorptionsmaterialien, von Hygieneartikeln, von Kosmetikzusätzen und von Materialien zum Wundmanagement sowie von Biomaterialien für künstliche Haut, für Implantate und Prothesen und/oder deren Beschichtung, für das "tissue engineering" sowie für chromatographische Trenn- und Trägermaterialien.

Fibrilläre Proteine im Rahmen dieser Erfindung sind sowohl native Fibrillärproteine, wie unter anderem das entbastete, d. h. vom Sericin befreite Fibroin des Maulbeerseiden spinners bombyx mori L., auch "Naturseide" oder "Edle Seide" genannt sowie die Fibroine anderer seidenerzeugender Lebewesen, vor allem die der Spinnen, beispielsweise die Spinnenseidenfibroine verschiedener Radnetzspinnen, als auch gentechnisch durch homologe und heterologe Expression gewonnene und durch biotechnologische Verfahren erzeugte Proteine und Proteinsequenzen mit einer naturidentischen, ähnlichen und/oder gezielt modifizierten Primärstruktur.

Erfindungsgemäß nach diesem Verfahren hergestellte und verarbeitete Lösungen können die Fibrillärproteine sowohl allein als auch in Kombination mit anderen, im NMMNO-Monohydrat gelösten und/oder darin fein genug dispergierten nieder- und/oder hochmolekularen anorganischen und/oder organischen Substanzen enthalten.

Stand der Technik

Natur- und Spinnenseidenfibroine sind von Arthropoden erzeugte fibrilläre Proteine, die sich als Bausteine von Fäden durch ein außergewöhnliches, vom Menschen mit synthetisch hergestellten Materialien bisher nicht erreichtem Eigenschaftsprofil auszeichnen. Dies betrifft insonderheit die sehr großen Trocken- und Naßmoduli, die hohen Zugfestigkeitswerte bei relativ großen Reißdehnungen - sowohl im trockenen als auch im feuchten Zustand -, die auch bei niedrigen Temperaturen hohen Elastizitäts werte, das überdurchschnittliche Energiedissipationspotential durch ein ausgeprägtes viskoelastisches Verhalten, das gute Wasseraufnahme- und -rückhaltevermögen sowie die reversible Superkontraktion beim Übergang vom feuchten in den trockenen Zustand und umgekehrt. Da es sich um Proteine handelt, sind sie zudem biokompatibel, biologisch abbaubar und recyclingfähig. Auf Grund dieses exzellenten Eigenschafts niveaus kommt sowohl den nativen Fibroinen selbst als auch den durch rekombinante Expression und durch biotechnologische Verfahren gewonnenen oder synthetisch erzeugten naturidentischen, ähnlichen und/oder gezielt modifizierten Proteinen sowie den Sequenzen dieser Primärstrukturen ein hohes Innovationspotential zu, wenn die industrielle Herstellung solcher Fibrillärproteine in erforderlichen Mengen unter international wettbewerbsfähigen ökonomischen Bedingungen und ihre Verarbeitung im technischen Maßstab mit einem vertretbaren technologischen Aufwand gelingt.

Die Verarbeitung dieser speziellen fibrillären Proteine und Proteinsequenzen kann jedoch nur über den Lösungszustand erfolgen, da sie unschmelzbar sind. Das Auffinden eines dafür geeigneten Lösungsmittels ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, denn bekanntermaßen ist die Löslichkeit dieser Fibroine in üblichen Protein- und Polymerlösungsmitteln auf Grund des sehr großen Anteils an Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den hochmolekularen Proteinmolekülen und des damit einhergehenden hohen Kristallinitäts- und Ordnungsgrades als bestimmendes Merkmal der übermolekularen Struktur überaus eingeschränkt.

Dennoch sind einige Lösungsmittel und Lösungsmittelsysteme in der Fach- und Patent literatur beschrieben. Seit langem bekannt ist die Löslichkeit des entbasteten Fibroins des Maulbeerspinners in kalten und heißen Schwefel-, Salz-, Salpeter- und Phosphor säuren, in heißer konzentrierter Ameisensäure, in heißen Natrium- und Kaliumhydroxid lösungen, in konzentrierten wäßrigen Zinkchloridlösungen [ZnCl₂] {siehe: Zahn, H.; Wulfhorst, B.; Steffens, M.; "Seide (Maulbeerseide) - Tussahseide" Faserstoff-Tabellen nach Koch (1994)} sowie in konzentrierten wäßrigen Lösungen aus Zinntetrachlorid, Nickelsalzen oder Kalziumthiocyanat [Ca(SCN)₂] {siehe: Zahn, H.; Ullmann's Encyclo pedia of Industrial Chemistry, Vol. A24, 95-106 VCH Publishers, Inc. (1993)}. Das Naturseidenfibroin läßt sich bekanntermaßen noch in weiteren wäßrigen Salzlösungen mit hohen Ionenstärken lösen. So beispielsweise in konzentrierten Lösungen von Lithiumbromid [LiBr] und Lithiumiodid [Lil], von Calcium- [CaCl₂] und Magnesiumchlorid [MgCl₂], von Thiocyanaten des Lithiums [LiSCN], des Natriums [NaSCN], des Magnesiums [Mg(SCN)₂] und des Zinks [Zn(SCN)₂] sowie von diversen Kupfersalzen {vgl.: Lock, R. L.; WO 93/15244}. In diesen chaotropen Lösungsmittelsystemen unterliegen die darin gelösten nativen und künstlichen Proteine und Proteinsequenzen molekularen Degradationsprozessen, die zum Teil erhebliche Verringerungen der Molmasse oder den Abbau bis hin zu den molekularen Grundbausteinen der Proteine, den Aminosäuren, zur Folge haben. Eine Verarbeitung der Proteine aus solchen Lösungen führt folgerichtig zu Produkteigenschaften mit sehr geringem Qualitätsniveau.

LOCK schlägt nun in der Patentanmeldung WO 93/15244 vor, aus solchen Proteinlösungen sowohl das Salz als auch das Wasser zu entfernen, um die danach vorliegenden Proteine in Hexafluorisopropanol (HFIP), in dem sie sich vor dieser Prozedur nicht auflösen lassen, zu lösen. Aus diesen Lösungen können dann beispielsweise Fäden ersponnen werden. Vor allem aber beim Auflösen der Proteine in einem der oben beschriebenen chaotropen Lösungsmittelsystemen und auch bei der Entfernung von Wasser aus den Proteinen nach der Dialyse dieser Salzlösungen durch Trocknungsverfahren sind hach wie vor molekulare Abbauprozesse nicht auszuschließen. Um jedoch verspinnbare Proteinlösungen in HFIP auf diesem Wege zu erhalten, werden vor allem zwei zusätzliche Verfahrensschritte notwendig, die den technologischen Aufwand erhöhen.

Noch immer existiert demnach die Notwendigkeit, geeignete Lösungsmittel beziehungsweise Lösungsmittelsysteme zu finden, die eine problemarme und technologisch einfache Herstellung von Fibroinlösungen mit zudem günstigen Eigenschaften in Bezug auf die Realisierbarkeit nachfolgend beabsichtigter Verarbeitungsprozesse, wie beispielsweise die Verarbeitung solcher Lösungen zu Filamenten und Fasern durch entsprechende Spinntechnologien, erlauben.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist mithin ein technologisch einfaches und damit kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise konzentrierten Lösungen fibrillärer Proteine, um eine vielfältige Verarbeitung von sowohl nativen Fibrillärproteinen als auch von gentechnisch durch homologe und heterologe Expression gewonnenen und durch biotechnologische Verfahren erzeugte Proteine und Proteinsequenzen mit einer natur identischen, ähnlichen und/oder gezielt modifizierten Primärstruktur zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Im Rahmen von Forschungsarbeiten zum Löslichkeitsverhalten derartiger fibrillärer Proteine wurde überraschenderweise gefunden, daß sich solche Fibrillärproteine in N-Methylmorpholin-N-Oxid-Monohydrat (NMMNO-MH) lösen. Bei Temperaturen im Bereich von 75°C bis 160°C sind die Wechselwirkungen zwischen den N-Methyl morpholin-N-Oxid-Molekülen und den Makromolekülen der fibrillären Proteine offensichtlich so intensiv, daß eine für die Löslichkeit ausreichende Solvatation der Proteinmoleküle durch Lösen der intra- und intermolekularen Wasserstoffbrücken, die als stärkste Nebenvalenzwechselwirkungen wesentlich zur Ausbildung der jeweiligen Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen in diesen Fibrillärproteinen beitragen, erreicht wird. Ohne großen apparativen Aufwand lassen sich in NMMNO-Monohydrat mittels Magnetrührwerk problemlos Lösungen mit einem Proteinanteil von bis zu zwei Prozent herstellen.

Auf Grund des relativ hohen Gehaltes an Aminosäuren mit kleinen Substituenten wie Glycin, Alanin und Serin in den Fibroinen, des daraus resultierenden sehr großen Anteils an Wasserstoffbrückenbindungen sowohl innerhalb eines Makromoleküls als auch zwischen den hochmolekularen Fibroinmolekülen und des damit einhergehenden hohen Kristallinitäts- und Ordnungsgrades als bestimmendes Merkmal der übermolekularen Struktur ist bei diesen fibrillären Proteinen die Zugänglichkeit für Lösungsmittelmoleküle generell überaus eingeschränkt. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, das aufzulösende Protein in Wasser, in einer 60%igen wäßrigen NMMNO-Lösung und/oder in flüssigem Ammoniak einige Stunden vorzuquellen und/oder diese Voraktivierung mittels eines geeigneten Enzymsystems durchzuführen. Dies sowie der Einsatz eines Kneters als Dispergierwerkzeug unterstützen den Solvata tionsprozeß. Erfindungsgemäß lassen sich auf diese Weise Proteinkonzentrationen in Abhängigkeit von der Molmasse der Fibroine von 36 Masseprozent, im Falle geringer Molmassen auch darüber hinaus, erreichen. Ein Auflösen der fibrillären Proteine im oben angegebenen Temperaturbereich gelingt jedoch nur mit N-Methylmorpholin-N- Oxid, das weniger als 1,5 Mol Wasser, am günstigsten 1,0 Mol Wasser, enthält. Diese Molverhältnisse können durch Abdestillieren überschüssigen Wassers eingestellt werden und sollten während des Solvatationsprozesses konstant bleiben. Die Bestimmung des Wassergehaltes ist leicht an Hand des Brechungsindexes möglich.

Erfindungsgemäß nach diesem Verfahren hergestellte und verarbeitete Lösungen können die Fibrillärproteine sowohl allein als auch in Kombination mit anderen, im N-Methylmorpholin-N-Oxid-Monohydrat gelösten und/oder darin fein genug dispergier ten nieder- und/oder hochmolekularen anorganischen und/oder organischen Substanzen enthalten. So ist es beispielsweise möglich, in eine solche Proteinlösung noch Ruß, Metalloxide, -carbide und/oder -sulfate mit geringen Korngrößen einzuarbeiten. Zudem lassen sich Fibrillärproteine zusammen mit in NMMNO-Monohy drat löslichen synthetischen, wie z. B. Poly(N-vinylpyrrolidon), Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxid, und/oder natürlichen Polymeren, wie beispielsweise Stärke oder Cellulose (Zellstoff), auflösen. Derartige erfindungsgemäß hergestellte konzentrierte Lösungen kann man vorzugsweise durch bekannte Naß- bzw. Trocken/Naß- Spinnprozesse umweltfreundlich zu Mono- und Multifilamenten oder Stapelfasern verarbeiten. Darüber hinaus sind weitere vielfältige produktorientierte Verarbeitungsverfahren für diese erfindungsgemäß hergestellten Lösungen anwendbar, die beispielsweise durch Scherkoagulation zu Mikrofasern und Vliesen, durch Gieß- oder Blasverfahren zu Folien, Membranen, Beschichtungen, Filmen, Schlauchfolien oder anderen Formkörpern führen. Diese Produkte in ihrer Gesamtheit können wiederum ihrerseits vielfältig genutzt werden.

Nachstehend soll die Erfindung an vier Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Beispiel 1

Die jeweils benötigte Masse (z. B. 8,4 g) kleingeschnittener entbasteter Naturseide des Bombyx mori wird in Wasser (100 ml) dispergiert und 24 Stunden lang vorgequollen. Nach dem Abpressen von möglichst viel Wasser maischt man die noch feuchten Fasern mit 88,9 g der 60%igen wäßrigen N-Methylmorpholin-N-Oxid-Lösung, der man zuvor 0,4 Masseprozent Propylgallat als Stabilisator zugesetzt hat, in einem Kneter an, evakuiert den Knetraum mittels einer Ölpumpe und beginnt gleichzeitig mit dem Aufheizen der temperierbaren Knetkammer. Bei einer Temperatur von 125°C wird nur noch solange Wasser abdestilliert bis die Lösung bei 50°C einen Brechungsindex von mindestens n_D ⁵⁰ = 1,4757 besitzt und ihr Wassergehalt somit 13,3 Masseprozent bezogen auf N-Methylmorpholin-N-Oxid (53,1 g) beträgt. Die Homogenität der nun entstehenden Proteinlösung kontrolliert man an Hand entnommener Proben unter dem Polarisationsmikroskop. Zur Herstellung von 70 g einer 12 masseprozentigen Fibroinlösung in N-Methylmorpholin-N-Oxid-Monohydrat beträgt die Lösezeit minde stens 280 Minuten. Aus einer solchen Lösung können beispielsweise Monofilamente nach der Naßspinntechnologie mittels einer Kolbenspinnapparatur hergestellt werden. Dabei drückt man die in einem innen geläppten Stahlzylinder auf 110°C temperierte und möglichst luftblasenfreie Fibroinlösung mit einem motorgetriebenen Kolben durch Spinndüsen direkt in ein Fällbad, das aus einer wäßrige Lösung von Ammoniumsulfat [400 g/l (NH₄)₂SO₄] als Koagulationsmittel besteht. Vor der Spinndüse, die beispielswei se einen Lochdurchmesser d von 75 µm sowie ein I/d-Verhältnis von 2 besitzt, befindet sich noch eine aus 3 Stahlsieben bestehende Filterpackung, in der die Siebe Maschenweiten von 300 µm, 100 µm und 30 µm aufweisen. Die so erhaltenen Monofilamente beläßt man noch 15 Stunden im Fällbad und wäscht mehrmals gründlich mit Wasser ehe sie im noch feuchten Zustand auf eine Spule gewickelt und bei 40 °C in einem Umlufttrockner getrocknet werden.

Beispiel 2

8,4 g kleingeschnittene entbastete Naturseide des Bombyx mori und ebenso vorberei teter Zellstoff (8,4 g) werden im Massenverhältnis von 1 : 1 trocken gemischt, in Wasser dispergiert und 24 Stunden lang vorgequollen. Nach dem Abpressen von möglichst viel Wasser maischt man die feuchten Fasern mit 278,7 g der 60%igen wäßrigen N-Methyl morpholin-N-Oxid-Lösung, der man 0,377 Masseprozent Propylgallat als Stabilisator zusetzte, in einem Kneter an, evakuiert den Knetraum mittels einer Ölpumpe und beginnt gleichzeitig mit dem Aufheizen der temperierbaren Knetkammer. Bei einer Temperatur von 110°C wird nur noch solange Wasser abdestilliert bis der Brechungs index der Lösung n_D ⁵⁰ = 1,4757 beträgt. Die Homogenität der nun entstehenden Proteinlösung mit der Zusammensetzung Fibroin/Cellulose/NMMNO/Wasser/Stabilisa tor = 4,0/4,0/79,3/12,2/0,5 kontrolliert man an Hand entnommener Proben unter dem Polarisationsmikroskop. Zur Herstellung von 210 g einer 8 masseprozentigen Fibroin/Cellulose-Lösung in NMMNO-Monohydrat (NMMNO/Wasser = 86,7/13,3) beträgt die Lösezeit mindestens 300 Minuten. Aus einer solchen Lösung lassen sich Multifilamente beispielsweise nach der Trocken/Naß-Spinntechnologie mittels einer Druckpumpenspinnapparatur herstellen. Dabei wird die im Vorratsgefäß auf 100°C temperierte und möglichst luftblasenfreie Fibroin/Cellulose-Mischlösung mit der Spinnpumpe durch eine Spinndüse, die zum Beispiel 6 Kapillarbohrungen mit Düsenlochdurchmessern d von je 40 µm und einem I/d-Verhältnis von 1 : 1 besitzt, gedrückt. Vor der Düse befindet sich noch eine aus 3 Stahlsieben bestehende Filterpackung, in der die Siebe Maschenweiten von 300 µm, 100 µm und 30 µm aufweisen. Über einen Luftspalt von 8 mm entstehen in einem 3 Meter langen Fällbad mit Wasser als Koagulationsmedium die 6 Einzelfilamente, die sich unter Verzug im feuchten Zustand auf eine Spule aufwickeln lassen. Man wäscht mehrmals gründlich mit Wasser ehe sie mittels beheizbarer Walzen getrocknet werden.

Beispiel 3

7,0 g kleingeschnittene entbastete Naturseide des Bombyx mori wird in 91 g einer 60%igen wäßrigen N-Methylmorpholin-N-Oxid-Lösung dispergiert und 24 Stunden lang durch Quellung voraktiviert. Nach dem Überführen der Maische in einen Kneter evakuiert man den Knetraum mittels einer Ölpumpe und beginnt gleichzeitig mit dem Aufheizen der temperierbaren Knetkammer. Bei einer Temperatur von 95°C wird nur noch solange Wasser abdestilliert bis der Brechungsindex n_D ⁵⁰ = 1,4757 beträgt. Die Homogenität der nun entstehenden Proteinlösung, die nur noch 8,4 g Wasser enthält, kontrolliert man an Hand entnommener Proben unter dem Polarisationsmikroskop. Zur Herstellung von 70 g einer 10 masseprozentigen Fibroinlösung in N-Methylmorpholin- N-Oxid-Monohydrat beträgt die Lösezeit mindestens 360 Minuten. Aus einer solchen Lösung können beispielsweise Folien bzw. Membranen erhalten werden. Dazu streicht man eine ausreichende Menge (5 g) dieser viskosen Lösung mittels einer Rakel auf einer sehr gut gesäuberten sowie auf 80°C vortemperierten Glasplatte aus und läßt diese sofort vorsichtig in ein Fällbadwanne gleiten, die z. B. mit Isopropanol, gefüllt ist. Nach einer ausreichenden Verweildauer von maximal 18 Stunden kann vorsichtig eine Fibroinfolie von der Glasplatte entfernt werden, deren Stofftrenn- bzw. Membraneigenschaften eine Funktion der Herstellungsparameter sind. So läßt sich beispielsweise die Schichtdicke der Folie bzw. Membran durch die Variation der Parameter Protein/Polymer-Konzentration in der Lösung, Spaltgröße zwischen Rakel und Glasplatte und/oder Geschwindigkeit der Rakel beeinflussen.

Beispiel 4

8 g gemahlene entbastete Naturseide des Bombyx mori und 16 g ebenso vorbereiteter Zellstoff werden trocken gemischt, in 252,875 g 60%iger wäßriger N-Methylmorpholin- N-Oxid-Lösung dispergiert und 24 Stunden lang voraktiviert. Nach dem Überführen der Maische in einen Kneter und der Zugabe von 1 g Propylgallat als Stabilisator evakuiert man den Knetraum mittels einer Ölpumpe und beginnt gleichzeitig mit dem Aufheizen der temperierbaren Knetkammer. Bei einer Temperatur von 95°C wird nur noch solange Wasser abdestilliert bis der Brechungsindex n_D ⁵⁰ = 1,4757 beträgt. Die Homogenität der nun entstehenden Protein/Cellulose-Mischlösung kontrolliert man an Hand entnommener Proben unter dem Polarisationsmikroskop. Zur Herstellung von 200 g einer 12 masseprozentigen Fibroin/Cellulose-Lösung mit einem Massenverhältnis von Protein : Cellulose von 1 : 2 in NMMNO-Monohydrat beträgt die Lösezeit mindes tens 270 Minuten. Aus einer solchen Lösung lassen sich Schlauchfolien beispielsweise nach der Trocken/Naß-Spinntechnologie mittels einer Druckpumpenspinnapparatur herstellen. Dabei wird die in einem Vorratsgefäß auf 95°C temperierte und möglichst luftblasenfreie Fibroinmischlösung mit der Spinnpumpe durch eine Ringschlitzdüse gedrückt. Durch das Düseninnere führt man vorsichtig Luft aus einer Druckgasflasche in die sich bildende Polymerschlauchfolie zu. Vor der Düse befindet sich noch eine aus 3 Stahlsieben bestehende Filterpackung, in der die Siebe Maschenweiten von 300 µm, 100 µm und 30 µm aufweisen. Über einen Luftspalt von 13 mm entstehen auf diese Weise in einem 15 Meter langen Fällbad mit verdünnter wäßriger NMMNO-Lösung als Koagulationsmedium die Schlauchfolien, die sich unter Verzug im feuchten Zustand auf eine Spule aufwickeln lassen. Man wäscht mehrmals gründlich mit Wasser ehe die so hergestellten Fibroin/Cellulose-Schläuche im luftgefüllten Zustand getrocknet werden. Aus diesen Schlauchfolien lassen sich durch Aufschneiden auch flache Folien gewinnen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung vorzugsweise konzentrierter Lösungen fibrillärer Proteine für die Verarbeitung zu Formkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Fibrillärproteine in N-Methylmorpholin-N-Oxid, das weniger als 1,5 Mol Wasser, bevorzugt 1 Mol Wasser, enthält, gelöst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angewandte Lösetemperatur im Bereich zwischen 75°C und 160°C, vorzugsweise jedoch zwischen 80°C und 140°C liegt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lösungen hergestellt werden, die die fibrillären Proteine mit einer Konzentration von bis zu 36 Masseprozent, im Falle von Fibrillärproteinsequenzen mit relativ niedriger Molmasse auch darüber hinaus, enthalten.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung des Löseprozesses eine Voraktivierung der fibrillären Proteine durch Quellung in dafür geeigneten Medien, vorzugsweise in Wasser, in wäßrigen Lösungen des Lösungsmittels NMMNO-Monohydrat und/oder in flüssigem Ammoniak und/oder durch Behandlung mit geeigneten Enzymsystemen, vorzugs weise mit den Proteasesystemen Trypsin und Chymotypsin, durchgeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gelösten fibrillären Proteine native Fibrillärproteine, wie unter anderem das entbastete, d. h. vom Sericin befreite Fibroin des Maulbeer-Seidenspinners bombyx mori L., auch "Naturseide" oder "Edle Seide" genannt und/oder die Fibroine anderer seiden erzeugender Lebewesen, vor allem die der Spinnen, beispielsweise die Spinnen seidenfibroine aus den großen Ampullendrüsen verschiedener Radnetzspinnen wie Nephila clavipes, Nephila senegalensis, Nephila madagascariensis, Nephilengys cruentata (Fabricius), Micrathena schreibersi (Perty), Argiope lobata, Araneus sericatus oder Araneus diadematus, und/oder aus diesen nativen Fibrillär proteinen gewonnenen Proteinsequenzen und/oder auf chemisch-synthetischen Wegen hergestellten Proteinen und/oder Proteinsequenzen mit einer naturidentischen, ähnlichen und/oder gezielt modifizierten Primärstruktur sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gelösten fibrillären Proteine gentechnisch durch homologe und heterologe Expression in pro- und eukaryontischen Wirtsorganismen, beispielsweise auch in Pflanzenzellen gewonnenen und durch biotechnologische Verfahren erzeugte Proteine und/oder Proteinsequenzen mit einer naturidentischen, ähnlichen und/oder gezielt modifizierten Primärstruktur sind.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gelösten fibrillären Proteine Mischungen von Fibrillärproteinen mit anderen Fibrillärproteinen und/oder mit Fibrillärproteinsequenzen mit einer naturidentischen, ähnlichen und/oder gezielt modifizierten Primärstruktur sind und sie sowohl aus nativen Quellen stammen und/oder auf chemisch-synthetischen Wegen hergestellt und/oder gentechnisch gewonnen und durch biotechnologische Verfahren erzeugt worden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den herge stellten Lösungen neben Fibrillärproteinen und/oder Fibrillärproteinsequenzen sowie gegebenenfalls weiteren organischen nieder- und/oder hochmolekularen Verbin dungen noch in NMMNO-Monohydrat gelöste und/oder darin dispergierte anorganische Substanzen, vorzugsweise Sulfate und/oder andere Salze und/oder Silikate und/oder Ruß und/oder Oxide und/oder Nitride und/oder Carbide enthalten sind, um beispielsweise den Löseprozeß zu beschleunigen und/oder die Lösungen anzufärben und/oder die Anfärbbarkeit zu verbessern und/oder das Schäumen der Lösungen zu reduzieren und/oder die Standzeit der Lösungen durch Inhibierung enzymatischer und/oder mikrobieller Abbauprozesse zu erhöhen und/oder antiseptische und/oder fungizide Wirkungen zu erzielen und/oder die Benetzbarkeit von Oberflächen zu verbessern und/oder um nach der Verarbeitung der Lösungen gewünschte Produkteigenschaften, wie z. B. Farbe und/oder Glanz und/oder Mattigkeit und/oder elektrische Leitfähigkeit und/oder antistatisches Verhalten und/oder sensorische Eigenschaften und/oder verbesserte Licht- und/oder höhere Temperaturbeständigkeit und/oder poröse Strukturen und/oder beeinflußbare Adsorptions- und/oder Desorptionseigenschaften und/oder die Nachweisbarkeit durch und/oder die kontrastverbessernde Wirkung bei Teilchenbestrahlung und/oder magnetische und/oder optische Eigenschaften und/oder ein spezifisches Stofftrennvermögen und/oder verbesserte mechanische Eigenschaften zu erzielen.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in den hergestellten Lösungen gegebenenfalls vorhandenen niedermolekularen organischen Substanzen vorzugsweise in NMMNO-Monohydrat gelöste oder darin dispergierte Farbstoffe und/oder Färbereihilfsstoffe und/oder Flammschutzmittel und/oder üblicherweise zum Schutz gegen eventuell stattfindende Polymerabbau prozesse eingesetzte Stabilisatoren und/oder andere, die Anwendungs- und/oder Verarbeitungsbedingungen der hergestellten Lösungen günstig beeinflussende, wie beispielsweise Spinnpräparationen und/oder grenzflächenaktive Stoffe und/oder die Anwendungs- und/oder Gebrauchseigenschaften der wiederum daraus hergestellten Produkte verbessernde und/oder beeinflussende Additive, wie z. B. Haftvermittler und/oder reaktive bi- und/oder multifunktionelle Vernetzer und/oder Photosensibilisatoren und/oder biologisch wirksame Substanzen sind.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in den hergestellten Lösungen gegebenenfalls vorhandenen und mithin im NMMNO-Mono hydrat gelösten oder darin dispergierten hochmolekularen organischen Substanzen vorzugsweise synthetische Polymere, wie zum Beispiel Poly(N-vinylpyrrolidon), Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxid und/oder natürliche Polymere, wie beispiels weise Stärke oder Cellulose (Zellstoff), sind, um thermo- und/oder quellungs reversible Netzwerke und/oder poröse Strukturen mit Depotwirkung zu erzeugen und/oder um gezielte Verarbeitungs- und Produkteigenschaftsmodifizierungen im Anspruch 8 und/oder im Anspruch 9 zu befördern.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellte Lösung neben Fibrillärproteinen und/oder Fibrillärproteinsequenzen vorzugsweise Cellulose als natürliches Polymer und gegebenenfalls Stabilisatoren, die die beiden makromolekularen Verbindungen vor polymerabbauende oder schädigende Prozesse schützen, und/oder andere anorganische und/oder organische nieder- und/oder hochmolekulare Substanzen enthält, wobei das Massenverhältnis von Protein zu Cellulose im Bereich zwischen 100 : 0 und 1 : 99 variiert werden kann.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß insonder heit die Cellulose als zweite Polymerhauptkomponente enthaltenden konzentrierten Fibroinlösungen in NMMNO-Monohydrat als Lösungsmittel für eine vielfältige produktorientierte Verarbeitung eingesetzt werden, vorzugsweise auf der Basis bekannter Naß- und Trocken/Naß- (Luftspaltgröße zwischen 1 mm und 100 mm) Spinntechnologien, gegebenenfalls in Kombination mit Multikomponentenspinn- und/oder Blastechnologien sowie mit Wasser, wäßrigen Salzlösungen, beispiels weise die einiger Sulfate, Carbonate und Phosphate, diversen mono- und multi funktionellen Alkoholen, Aceton sowie deren bi-, tri- und/oder multikomponentigen Mischungen, z. B. Ethandiol/Aceton- oder Isopropanol/Natriumcarbonat/Wasser- oder Ethandiol/Ammoniumsulfat/Wasser-Mischungen als Fällbadflüssigkeit zur Herstellung von Mono- und Multifilamenten und/oder von Stapelfasern.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die in N-Methylmorpholin-N-Oxid-Monohydrat als Lösungsmittel hergestellten, vorzugs weise konzentrierten, fibrilläre Proteine und/oder deren Sequenzen enthaltenden Lösungen durch Spinn-, Gieß-, Blas- oder andere Verformungstechnologien, z. B. auf der Basis der Scherkoagulation, verarbeitet, um auf diesen Wegen beispiels weise mono- und polyfile Filamente, Stapelfasern, Mikrofasern, Vliese, Folien, Membranen, Beschichtungen, Filme, Schlauchfolien oder andere Formkörper zu produzieren, die wiederum ihrerseits als alleinige oder in Mischungen anwendbare Ausgangsmaterialien für die Fertigung von Seilen und Taue, von Angelschnüren und Saiten für Musikinstrumente, von Verstärkungsfasern für faserverstärkte Verbundmaterialien und Composites, von chirurgischen Nahtmaterialien, von textilen Flächengebilden für Bekleidungsartikel und den Personenschutz, für die Erzeugung von Bindefasern zur Vliesverfestigung und zur Armierung in Biokompositen und Polymerfolien, für Lebensmittelverpackungen, für die Herstellung von Lederimitaten, von Papieren, von Filtern, Membranen und Adsorptionsmaterialien, von Hygieneartikeln, von Kosmetikzusätzen und von Materialien zum Wundmanagement sowie von Biomaterialien für künstliche Haut, für Implantate und Prothesen und/oder deren Beschichtung, für das "tissue engineering" sowie für chromatographische Trenn- und Trägermaterialien einsetzbar sind.