Es ist nicht jeden Tag, dass ein Tauchurlaub den Weg für eine mögliche technologische Innovation ebnet, geschweige denn für Ohrenschmalz. Doch genau das ist bei Alexis Noel passiert.
Die Doktorandin für Maschinenbau am Georgia Institute of Technology beschrieb ihren Tauchausflug, das spätere wassergefüllte Ohr ihres Freundes und den Täter - Ohrenschmalz -, der das Wasser hinter seinem Trommelfell zurückhielt, ihrem Professor David Hu. In kürzester Zeit diskutierten die beiden ausführlich über die klebrige Substanz.
Dann schlug es zu: Was kann man mehr von Ohrenschmalz lernen?
Fasziniert erklärt Noel, dass das wachsartige Material aufgrund von Kieferbewegungen, die den Gehörgang zwingen, zwischen ovalen und runden Formen zu wippen, kontinuierlich in verschiedene Formen „gespannt und geformt“ wird. Diese Veränderungen brechen letztendlich das Ohrenschmalz und lassen es schließlich aus Ihrem Ohr fallen (wenn auch in winzigen, kaum sichtbaren Stücken).
Wenn es um die Fähigkeit von Ohrenschmalz geht, Staubpartikel zu filtern, sagt sie, dass es Staub gut filtert, bevor er aus dem Ohr austritt. Dieser Prozess beginnt, wenn Ohrenschmalz die Ohrenhaare bedeckt und eine netzartige Struktur erzeugt. Diese Struktur, erklärt sie, sei „sehr wahrscheinlich“ in allen Ohren von Säugetieren anzutreffen und spiele eine Rolle bei der Staubsammlung.
„Während die Luft im Ohr zirkuliert und aus dem Ohr austritt, werden Staubpartikel von der klebrigen Flüssigkeit erfasst“, sagt Noel. Das Ohrenschmalz wird schließlich mit Staub gesättigt, was dazu führt, dass es bricht und aus dem Ohr fällt.
Ohrenschmalz wird normalerweise für Wattestäbchen reserviert. Aber Noel fragte sich, ob es einen praktischen Nutzen außerhalb des Gehörgangs geben könnte.
„Ich stelle mir eine Heimluftfiltration vor“, sagt Noel über eine mögliche Anwendung, die sich auf Wechselstromgeräte und tragbare Luftfilter bezieht. "Ein Ohrenschmalz-ähnlicher Filter hält möglicherweise länger als herkömmliche Netzfilter."
Sie und ihr Student Zac Zachow begannen, die Fließeigenschaften von Ohrenschmalz von Schweinen, Hunden, Schafen und Kaninchen zu untersuchen. Das Studium von Ohrenschmalz bei Tieren statt bei Menschen bedeutete, dass die für letztere erforderlichen Papierkrammengen vermieden wurden und sie so viel früher zur Arbeit kamen. Ihre Erwartung war, dass die Fluideigenschaften zwischen den einzelnen Tieren schwanken würden, aber was sie entdeckten, war überraschend.
Alexis Noel und ihr Team sammelten und untersuchten Ohrenschmalzproben von verschiedenen Tieren. (A. Noel, Z. Zachow und D. Hu, Georgia Tech) „Wir haben in Zusammenarbeit mit Georgia Tech Proben von toten Tieren aus einem anderen Labor gesammelt“, sagt Noel. Sie erklärt, dass ihre Ohrenschmalzviskosität „genau gleich war, egal ob es sich um ein kleines Kaninchen oder ein großes Schwein handelte. Die Flüssigkeitseigenschaften waren identisch. “Unabhängig von den Verunreinigungen (Kot, Schmutz, Staub usw.) floss weiterhin Ohrenschmalz im Ohr.
Noel fand es interessant, dass das Ohrenschmalz eines großen Tieres die gleichen Eigenschaften wie das eines kleineren Tieres hat, aber sie war nicht ganz überrascht, wenn man bedenkt, dass Flüssigkeiten wie Schleim oder Blut normalerweise bei allen Tieren gleich bleiben.
Jetzt, da Noel über die Flüssigkeitseigenschaften von Ohrenschmalz informiert ist, plant er, die maximale Staubbindekapazität von Ohrenschmalz für Mensch und Tier zu ermitteln. Sie ist neugierig, „wie viel Staub benötigt wird, um diesen krümeligen Zustand zu erreichen.“
Dann kommt das Extrahieren von Daten. „Wir werden die Bruchstelle für Ohrenschmalzproben mit unterschiedlichen Staubkonzentrationen untersuchen“, erklärt sie. „Wir werden Ohrenschmalzproben Staub hinzufügen, beobachten, ob ein Bruch auftritt, und den Bruchpunkt in Abhängigkeit von der Staubkonzentration darstellen.“ Noel fügt hinzu, dass dies möglicherweise Aufschluss über die Langlebigkeit zukünftiger Filtrationssysteme gibt.
Menschliches Ohrenschmalz sammelt effektiv Staub, da es ein Netz um die Ohrenhaare bildet. (A. Noel, Z. Zachow und D. Hu, Georgia Tech) Angesichts der laufenden Forschungsarbeiten sei es derzeit etwas verfrüht, mögliche Anwendungen zu finden, erklärt Noel. Sie stellt sich weiterhin ein Heimluftfiltersystem vor, das eine ohrenwachsähnliche Substanz enthält, die für maximale Staubkapazität und Bruchstellen optimiert ist. Trotzdem drehen sich ihre Räder. Als begeisterter Weltraumfan würde sie es lieben, eines Tages auf eine Weltraumanwendung angewendet zu werden.
Beth Rattner, Geschäftsführerin des in Missoula, Montana, ansässigen Biomimicry Institute, war erfreut, von Noels Forschungen zu erfahren.
„Wir sind immer wieder gespannt, wie sich Wissenschaftler mit neuen Forschungsmöglichkeiten befassen und wie sie kreative, nachhaltigere Technologien inspirieren können“, sagt Rattner. „Besonders faszinierend ist, dass es sich dabei um Ohrenschmalz handelt, mit dem wir alle täglich leben, aber selten darüber nachdenken. Hoffentlich erzählen wir unseren Lesern eines Tages auf AskNature.org von Hightech-Luftfiltern, die von Ohrenschmalz inspiriert sind, und von Wasserfiltern, die von Walbarten- und Aquaporin-Proteinen inspiriert sind. “
AskNature.org ist eine Website des Biomimicry Institute, auf der die Community nachhaltige Designstrategien und -lösungen finden, kuratieren und erstellen kann, die alle von der Natur inspiriert sind.
Drüben bei Biomimicry 3.8 - der Schwesterorganisation des Instituts - arbeitet Mark Dorfman seit 10 Jahren als Chemiker für Biomimicry. Noels Ohrenschmalzforschung lässt ihn ausgerechnet an Quallen denken.
Wenn Quallen ihren Körper pumpen, erzeugen sie Wirbel, die einen bestimmten Fluss erzeugen. Dies könnte bedeuten, dass zukünftige Staubfiltrationssysteme möglicherweise schwebende stingerähnliche Röhren beinhalten könnten, die zusammen mit ohrenwachsähnlichen Substanzen arbeiten, um Partikel in geeigneter Weise zu leiten, einzufangen und zu filtern.
Dorfman ist auch fasziniert von den abbröckelnden Eigenschaften von Ohrenschmalz, von denen er glaubt, dass sie einen potenziellen kommerziellen Wert haben könnten.
„Industrielle Prozesse sind oftmals nicht chargenweise, sondern kontinuierlich. Daher versuchen Betriebsleiter, den Betrieb zu unterbrechen, um Filtersysteme zu reinigen“, sagt er. „Aus diesem Grund war die Idee, klebrige Substanzen einzusetzen, die Partikel aus der Luft einfangen, nicht immer eine erstrebenswerte Option. Wenn die klebrige Substanz jedoch ihre Eigenschaften bei Sättigung mit Partikeln ändert, so dass sie von dem bahnartigen Substrat abfällt, an das sie gebunden war, ist sie möglicherweise als praktikable Lösung von neuem Interesse. “
Auch Dorfmans Räder drehen sich.
"Vielleicht könnte es ein System geben, bei dem eine ohrenwachsähnliche Substanz in Schichten aufgetragen wird, sodass eine frische, neue Partikel einfangende Schicht freigelegt wird, wenn die Oberflächenschicht gesättigt wird und abfällt", sagt er. "Ich bin immer noch erstaunt darüber, dass die Natur immer wieder überraschende neue Strategien für inspirierende Lösungen für moderne industrielle Herausforderungen aufzeigt."
Für Noel endet die Suche nach Lösungen in der Natur nicht mit Ohrenschmalz. Sie hat Katzenzungen erforscht. Noel hatte sogar das Glück, die Zunge eines Tigers zu beobachten, ein Umstand, der eintrat, nachdem der Tiger des Atlanta Zoos, Kavi, Ende letzten Jahres verstorben war.
Katzenzungen sind mit flexiblen Stacheln überzogen, die Verwicklungen im Fell ergreifen und sie auseinander ziehen. Das Studium der Einstichkräfte spielt dabei eine Rolle, sagt Noel.
„Wir stellen uns eine einzigartige, entwirrende und leicht zu reinigende Pinselanwendung vor, die aus dieser Katzenzungenarbeit hervorgeht“, sagt Noel. „Ich kann mir eine Bürste für Menschen oder Haustiere leicht vorstellen, aber wir werden auch alternative Anwendungen wie Teppichreinigungstechnologien untersuchen.“
All diese Forschungen sind mit Sicherheit interessant, um es gelinde auszudrücken. Wo geht es von hier aus?
Sagen wir einfach, wir werden auf jeden Fall ein Ohr für zukünftige Details haben.
