Биологический кевлар

Недавно был опубликован патент под названием «Система и метод производства коллагеновых волокон». Разработка была профинансирована DARPA.

Суть технологии: 3D-печать живого троса

Коллаген — базовый белок, из которого состоят наши связки и сухожилия, — растворяют в слабой кислоте до состояния вязкого сиропа. Затем массу под давлением подают через перфорированную шайбу (фильеру) на дне высокой вертикальной ванны с солевым буфером.

Процесс напоминает экструзию синтетических волокон, но работает на законах плавучести. Выдавленные микроскопические нити легче раствора, поэтому устремляются вверх. Пока они всплывают, кислота нейтрализуется, и вокруг каждой нити формируется прочная оболочка. На выходе из ванны нити собирают в жгут, прогоняют через этаноловую ванну для экстренного обезвоживания, скручивают и сушат.

Финальный этап — химическая «сварка». Канат сшивают альдегидными реагентами — глиоксалем или DL-глицеральдегидом. На выходе получается биологический кевлар: пучок всего из 16 нитей толщиной с человеческий волос (110 мкм) держит колоссальные 340 МПа на разрыв при модуле упругости до 8,5 ГПа. Это прочнее и жестче человеческого ахиллова сухожилия и крестообразных связок колена.

Зачем это Пентагону? Ответ — в проблеме логистики. Современный спецназовец работает на пределе: жёсткие высадки, десятки килограммов экипировки, постоянный риск. Тело ломается. Разрыв передней крестообразной связки колена — одна из самых частых и разрушительных травм. По данным военных исследований, частота таких травм у военнослужащих в 10 раз выше, чем у гражданских. Половина бойцов после реконструкции связки не возвращается к полноценной службе в течение полугода, а многие и вовсе получают постоянные ограничения.

Сейчас такие связки чинят либо собственным сухожилием пациента, либо донорской тканью. Донорская ткань бывает разной: замороженная требует строгой «холодовой цепи» (от –40 °C и ниже), что в полевых условиях почти невозможно. Но есть и лиофилизированная (высушенная) ткань — её можно хранить при комнатной температуре годами. Проблема в том, что для несущих связок прочность такой ткани снижается при сушке, поэтому для колена её используют ограниченно.

DARPA хочет решить обе проблемы сразу: получить биотрос, который годами лежит на складе или в рюкзаке парамедика при обычной температуре, не теряя прочности. Отрезал нужную длину, пришил — и боец начинает реабилитацию.

DARPA начинает применять к биологии концепцию «Оборудование как платформа». Человек превращается в сборно-разборный механизм. И через некоторое время сухожилие может стать стандартизированным расходником.

🔒DARPA&CIA