Preparation of Semi-solid Fibroin Gel and its Flow Property

Fibroin is an insoluble structural protein from Bombyx mori. It can be solubilized by dissolving in a hot $CaCl_2$ solution and subsequent dialysis. The aqueous solution is unstable and a transition from aqueous fibroin molecules rich in random coil is undergo to one rich in $\beta$-sheet content, resulting in hydrogelation. However, fibroin gel is so fragile and plastic that its mechanical property should be reformed for various applications. In this report, a semi-solid form of fibroin gel was prepared using glycerol and ethanol and was investigated to analyze their flow properties. A fibroin gel with 80% glycerol showed pseudoplastic and thixotropic properties. The square root of its yield stress varied linearly with fibroin concentration and it extrapolated to zero shear stress at 0.2% fibroin. A fibroin gel with 40% ethanol was shown to be highly thixotropic but its shear-thinning behavior was only observed above a certain level of shear rate. Its pseudoplasticity was restored by a high rate of shear stress.

반고형 피브로인 단백질 겔의 제조 및 유동특성

피브로인은 누에고치가 생산되는 불용성 단백질이다. 고온의 염화칼슘용액에서 가용화시킨 후 탈염하여 물에 녹게 만들 수 있다. 그러나 수용액은 불안정하여 피브로인 분자는 랜덤코일에서 $\beta$병풍구조의 비율이 증가하는 구조로 전이되고 겔을 형성한다. 그러나 피브로인 겔은 약하고 탄성이 없어 소재로 응용하는데 어려움이 있다. 본 연구에서는 글리세롤과 에탄올을 사용하여 반고형의 피브로인 겔을 제조하고 이들의 유동 특성을 조사하였다. 80%의 글리세롤로 만들어진 피브로인 겔은 의가소성 및 thixotropic 특성을 나타내었으며 항복응력의 제곱근 값이 피브로인의 농도와 선형적으로 비례하였으며 항복응력이 없어지는 피브로인의 농도는 0.2%로 확인되었다. 40% 에탄올에서 만들어진 피브로인 겔은 매우 심한 thixotropic 특성을 보였으며 전단속도가 어떤 값 이상이 되면 급격한 전단연화 현상을 나타내었다. 이 피브로인 겔은 전단이력 후 의가소성을 회복하는 특성을 나타내었다.