具有固有颜色和特性的生物可降解纺织纤维制造技术

一种生物聚合物组合物能够至少部分地基于从源蛋白质的DNA编码序列表达的重组表达蛋白质形成，且所述重组表达蛋白质能够任选地包含一个或多个增强所述蛋白质的交联能力的标签。确定此类生物聚合物组合物能够适用于获得例如生物可降解纺织品，所述生物可降解纺织品表现出与所述重组表达蛋白质相关的功能特性。表现出与所述重组表达蛋白质相关的功能特性。表现出与所述重组表达蛋白质相关的功能特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有固有颜色和特性的生物可降解纺织纤维
[0001]本申请要求于2020年3月24日提交的美国临时专利申请第62/994,263号的优先权，其全部内容在此通过引用并入本文。
[0002]在整个本申请中，引用了各种公开案，包括在括号中引用的公开案。本申请中以整体提及的所有公开案的公开内容在此通过引用并入本申请中，以便提供对本专利技术所涉及的领域和可与本专利技术一起使用的领域中的特征的额外描述。
[0003]本专利技术是在国家科学基金会(National Science Foundation)授予的1420634下由政府支持进行的。政府拥有本专利技术的某些权利。


[0004]本申请涉及一种至少部分基于重组表达蛋白质形成的生物聚合物组合物，所述重组表达蛋白质由源蛋白质的DNA编码序列(其可任选地被修饰以包含一个或多个增强所述重组表达蛋白质的交联能力的标签)表达，且更具体地，涉及适用于获得例如生物可降解纺织品的这种生物聚合物组合物。生物可降解纺织品可用于形成产品，包括(但不限于)用于衣服、内部用途、绷带、纱布、服装用纺织纤维、配饰、工业应用、内饰、生物塑料和其它用途的织物和针织物。

技术介绍

[0005]公众对于时尚对环境影响的认识不断提高，推动所述行业转向可持续的商业模式。一些行业领导者是可持续服装联盟(Sustainable Apparel Coalition)和全球时尚议程(Global Fashion Agenda)的成员，除了与政策制定者合作为循环时尚系统开发更广泛的框架外，还衡量了他们在整个价值链中对环境和社会劳动的影响。为了减少对环境的影响，品牌正在积极寻找传统纤维的可持续原材料替代品。
[0006]传统的纺织品生产严重依赖于石化产品、畜牧业和农业——全球CO2排放的最大工业贡献者。时尚产业是气候变化的最大贡献者之一，每年产生12亿吨CO2排放，并且是全球最大的微塑料污染唯一来源(快时尚的代价(The price of fast fashion).自然气候变化(Nature Clim Change),8:1(2018)；DeFalco等人,科学报告(Scientific Reports)(2019)9:6633)。事实上，合成纺织品的机洗造成海洋中23％的微塑料污染。
[0007]纺织产业也是地球上化学强度最高、生态毒性最强的产业之一，也是仅次于农业的第二大工业水污染来源，无论是在污水产生量还是毒性方面(Sen S,Demirer GN.水研究(Water Research)2003,37(8)1868
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1878；Ben Mansour H等人,国际环境科学与污染研究(Environmental science and pollution research international)(2012),数字对象标识符(DOI)10.1007/s11356
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012
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0802
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7；Rita Kant,自然科学(Natural Science),4,1(2012),17027)。纺织品染整处理造成20％的全球水浪费(R.Kirchain等人,可持续服装材料/材料系统实验室(Sustainable Apparel Materials/Materials Systems Laboratory)(2015))。因此，纺织品生产、整理和报废影响是对生物多样性的主要威胁，生物多样性是生态系统对气候变化影响的最大复原力。
[0008]为了减少时尚对环境的影响，品牌正在积极寻找传统纤维的原材料替代品。随着对可持续原材料的需求不断增长，许多替代品被引入市场，包括再生PET(recycled PET)、可持续生产的再生纤维素纤维、再生羊毛(recycled wool)和新兴生物材料。然而，许多生物材料仍依赖于传统纺织工艺，这可能是有毒和耗水的。纤维替代品(例如再生聚酯(recycled polyester))经过大量加工，依赖合成染料，不可生物降解，并且释放微塑料。

技术实现思路

[0009]在产生生物纺织材料的方法中，获得纯化的重组表达蛋白质，且蛋白质的DNA编码序列可任选地被修饰以包含一个或多个各自增加蛋白质的交联能力的标签。转谷氨酰胺酶可用作酶以增强生物聚合物组合物中重组表达蛋白质与重组表达蛋白质的另一单元或另一组成蛋白质的交联。如所论述，可通过使用此类生物聚合物组合物来形成生物纺织材料，所述生物聚合物组合物包括其中组成蛋白质的交联已得到增强的组成蛋白质，且以此方式获得的生物纺织材料可表现出与重组表达蛋白质相关的功能特性。举例来说，蛋白质可酶促交联成纤维或薄膜，且功能特性可以是例如拉伸、硬度、颜色、防水、弹性等中的一个或多个。
[0010]在一个实施例中，生物纺织材料可包括多个纤维或可由其形成，各纤维通过使用生物聚合物组合物形成，所述生物聚合物组合物包括与重组表达蛋白质的另一单元或另一组成蛋白质交联的重组表达蛋白质。添加到重组表达蛋白质的被修饰DNA编码序列中的标签增强纤维形成。
[0011]在另一实施例中，生物纺织材料可包括由交联组合物形成的多个薄膜或可由其形成，其中添加到重组表达蛋白质的被修饰DNA编码序列中的标签增强薄膜形成。
[0012]举例来说，重组表达蛋白质可与明胶蛋白质交联，所述明胶蛋白质形成生物纺织材料的填充材料(bulking material)。在另一实例中，重组表达蛋白质与纤维素蛋白质或纤维素蛋白质复合物交联，所述纤维素蛋白质或纤维素蛋白质复合物形成生物纺织材料的填充材料。另一方面，重组表达蛋白质可替代地与重组表达蛋白质的所述另一单元交联，且重组表达蛋白质的多个交联单元形成生物纺织材料的填充材料。
[0013]根据另一实施例，在产生生物纺织材料的方法中，获得包含纯化的源蛋白质的生物聚合物组合物。源蛋白质的分子彼此交联或与生物聚合物组合物的另一组分交联。生物纺织材料可由交联的生物聚合物组合物产生，使得生物纺织材料表现出与纯化的源蛋白质相关的功能特性。举例来说，蛋白质可化学或酶促交联成纤维或薄膜，且功能特性可以是例如拉伸、硬度、颜色、防水、弹性等中的一个或多个。
附图说明
[0014]图1A：刚挤出后的明胶纤维。图1B：24小时后的明胶纤维。
[0015]图2A：在1％转谷氨酰胺酶浴中挤出的GFP+明胶。图2B：挤出后干燥的GFP纤维，保留蛋白质的颜色。图2C：准备用于机械测试的挤出的GFP+明胶纤维样品。图2D：在DI水中保留过夜的GFP+明胶纤维，第二天的照片。
[0016]图3A至3E：明胶和在1％转谷氨酰胺酶凝固浴中交联的明胶
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GFP蛋白质纤维的机械性能，包括杨氏模量(Young's Modulus)(图3A)、屈服强度(图3B)、韧性(图3C)、极限拉伸
应力(图3D)和延展性(图3E)。图3F：蛋白质工程化纤维与Algiknit和细菌纤维素的比较。可通过用变速拉力电机从挤出注射器中拉出纤维来改进延展性和挤出程序。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于产生生物纺织材料的方法，其包含：(a)获得包含纯化的重组表达蛋白质的生物聚合物组合物，所述重组表达蛋白质已从源蛋白质的DNA编码序列表达，所述DNA编码序列已任选地被修饰以包括至少一个增强所述重组表达蛋白质的交联能力的标签序列；(b)将所述组合物暴露于酶以使所述重组表达蛋白质与所述重组表达蛋白质的至少另一单元或所述生物聚合物组合物的另一组分酶促交联；以及(c)基于所述交联组合物产生生物纺织材料，所述生物纺织材料表现出与所述重组表达蛋白质相关的功能特性。2.根据权利要求1所述的方法，其中(c)中产生的所述生物纺织材料包括由所述交联组合物形成的多个纤维，且(a)中添加到所述重组表达蛋白质的所述被修饰DNA编码序列中的所述标签序列增强(c)中的纤维形成。3.根据权利要求1所述的方法，其中(c)中产生的所述生物纺织材料包括由所述交联组合物形成的多个薄膜，且(a)中添加到所述重组表达蛋白质的所述被修饰DNA编码序列中的所述标签序列增强(c)中的薄膜形成。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述源蛋白质是荧光蛋白质，且所述重组表达蛋白质至少具有所述源蛋白质的荧光特性。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述源蛋白质是绿色荧光蛋白质(GFP)、红色荧光蛋白质(RFP)、近红外荧光蛋白质或蓝色荧光蛋白质(BFP)。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述生物聚合物组合物的所述另一组分为明胶蛋白质，且在(b)中使用的所述酶包括转谷氨酰胺酶，并且在(b)中与所述重组表达蛋白质交联的所述明胶蛋白质形成所述生物纺织材料的填充材料。7.根据权利要求6所述的方法，其中在(b)中使用的所述酶包括转谷氨酰胺酶，且在(b)中所述重组表达蛋白质与所述重组表达蛋白质的所述另一单元交联，且所述重组表达蛋白质的多个交联单元形成所述生物纺织材料的填充材料。8.根据权利要求4所述的方法，其中所述生物聚合物组合物的所述另一组分是纤维素蛋白质或纤维素蛋白质复合物，且在(b)中使用的所述酶包括转谷氨酰胺酶，并且在(b)中与所述重组表达蛋白质交联的所述纤维素蛋白质或纤维素蛋白质复合物形成所述生物纺织材料的填充材料。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述源蛋白质是酪蛋白、弹性蛋白、乳清蛋白质或pelovaterin中的至少一种。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物中所述重组表达蛋白质的浓度为每单位体积0.1％至0.2％。11.根据权利要求1所述的方法，其中在(a)中获得的所述生物聚合物组合物呈溶液形式，且所述溶液中所述重组表达蛋白质的量在0.84mg/ml至3.495mg/ml的范围内。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物聚合物组合物中的所述重组表达蛋白质被冻干。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物包含明胶、纤维素或多糖中的至少一种。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述纤维素是甲基纤维素或微生物纳米纤维素。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述生物聚合物组合物中，所述重组表达蛋白质与所述微生物纳米纤维素的比率按质量计为至少1:1000。16.根据权利要求13所述的方法，其中所述组合物中所述明胶的浓度为所述组合物的至少20％。17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述组合物中，所述重组表达蛋白质与所述明胶的比率按质量计为至少1:1000。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述酶是转谷氨酰胺酶。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述组合物暴露于的所述转谷氨酰胺酶的浓度为每单位体积的所述组合物0.01％至15％。20.根据权利要求18所述的方法，其中在所述组合物中，所述重组表达蛋白质与所述转谷氨酰胺酶的比率在1:1至300:1的范围内。21.根据权利要求18所述的方法，其中所述交联步骤(b)包含将所述组合物暴露于温度保持在25℃或更低的转谷氨酰胺酶固化浴。22.根据权利要求21所述的方法，其中所述转谷氨酰胺酶固化浴的pH在5.6至8.8的范围内。23.根据权利要求21所述的方法，其中所述组合物暴露于所述转谷氨酰胺酶固化浴至少15分钟。24.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物包含填充剂。25.根据权利要求24所述的方法，其中在与所述重组表达蛋白质酶促交联之前，首先将所述填充剂分离并纯化成纤维、薄膜或薄层。26.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物纺织材料是纤维、薄膜或生物聚合物原材料中的至少一种。27.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂安妮，
申请(专利权)人：纽约哥伦比亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：