Die Autoren danken Grants R03DC8200, R01DC9616 und R01DC5788 vom National Institute on Taubheit und andere Kommunikations Störungen für die Unterstützung von synthetischen Modellentwicklung.

Die Herstellung Sequenz (siehe Abb. 1). Besteht aus Formen für Stimmlippen-Modell Schichten nacheinander Abformsilikon Schichten, und die Montage der Modelle zum Testen. Das Modell verfügt über vier verschiedene Ebenen: Körper, Bänder, oberflächlichen Lamina propria und Epithel, zusätzlich zu einer einzigen Faser. Eine Trägerschicht wird hinzugefügt, um die genaue Platzierung der einzelnen Schichten der Stimmlippe Modell erleichtern. Das Modell geometrischen Parameter-Definitionen sind in Abb.. 2, mit dem Parameter-Werte für das aktuelle Modell in Tabelle 1 angegeben. In den folgenden Abschnitten werden verschiedene Silikon-Mischungsverhältnisse für die verschiedenen Schichten angegeben, diese produzieren Materialeigenschaften, die denen für den menschlichen Stimmlippen Gewebe in den kleinen Stammes-Regime 13 gemeldet (siehe Tabelle 2). 1. Mold Herstellung und Zubereitung <ol><li> Create Volumenmodelle von drei Stimmlippen Schichten: Superficial Lamina propria, Bänder, und Körper Schichten. Dies wird normalerweise durch die Erstellung von 3D Computer Aided Design (CAD)-Modelle mit den gewünschten Geometrien, den Export der CAD-Modelle, wie Stereolithographie (STL) Dateien und das Senden der STL-Dateien, um eine benutzerdefinierte Werkstatt für Rapid-Prototyping gemacht. </li><li> Erstellen Sie eine kastenförmige Form Form mit dünnen Stücke aus Acryl. Ungefähre Abmessungen (nicht kritisch) sind 2,54 cm hoch × 5,72 cm breit x 6,35 cm tief. Machen Sie den unteren Rand des Formulars durch die Einhaltung es zu einer flachen Acrylplatte. Seal alle Innenkanten mit Vakuum-Fett. </li><li> Legen Sie eine kleine Menge von Vakuum-Fett auf der lateralen Seite des Solid-Modell der gewünschten Geometrie (dh, der Körper, das Band oder die oberflächlichen Lamina propria). Press-Modell in Boden der Form Formhohlraum, Vakuumfett Seite nach unten, so dass das Vakuum Fett das Teil in Position hält. Liberally Mantel Schimmel bilden und solides Modell mit Trennmittel. Mit einem Pinsel, sicherzustellen, Trennmittel bis in alle Eckendie Form Formhohlraum. </li><li> Mix 10 Teile A und einem Teil B der Smooth-Sil 950 Platin Silikon-Kautschuk (Gew.-Teile gemessen) in einen Behälter, der ausreichend Platz für Expansion. Um Luftblasen statt Schimmel bilden mit nicht ausgehärtetem Silikon entfernen in einer Vakuumkammer und verringern den Druck (z. B. um rund 26 mm Hg unter dem Atmosphärendruck) für ca. 3 Minuten (oder mehr oder weniger nach Bedarf). Entfernen entgast Silikon aus der Kammer und gießen in Form Formhohlraum. Platzieren Form mit ausgehärteten Silikon in die Vakuumkammer und Degas erneut. Entfernen Sie aus der Vakuumkammer und Platz auf ebener Fläche. Lassen Sie die 24 Stunden aushärten und entfernen von Schimmel Schimmel bilden. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 1.1 bis 1.4 zu Formen für jede der oberflächlichen Lamina propria, Bänder, und Körper-Schichten zu erstellen. </li><li> Cut Band Schicht Schimmel in den Mittelpunkt der medialen Fläche in der anterior-posteriorer Richtung mit einem Rasiermesser für Faser-Insertion zu ermöglichen. </li></ol> 2. Casting of jede Schicht <ol><li> Körper Layer: Eine dünne Schicht Trennmittel Körper Formhohlraum mit Pinsel. Mischen Sie einen Teil B und einem Teil A der Ecoflex 00-30 Supersoft Platinum Silikon (nach Gewicht). Fügen Sie einen Teil Silicone Thinner (nach Gewicht), um die eventuelle geheilt Steifigkeit des Materials zu reduzieren. Mix zusammen für 30 Sekunden und Platz in der Vakuumkammer für eine Minute, um eingeschlossene Luft zu entfernen. Entfernen Mischung von Vakuum und gießt in den Körper Formhohlraum, aber nicht an die Spitze der gesamten Formhohlraum füllen. Legen Sie im Ofen bei 250 ° F für 30 Minuten. Aus dem Ofen nehmen und abkühlen lassen. </li><li> Sichern: Mischen Sie einen Teil B und einem Teil A Dragon Skin und fügen Sie einen Teil Silicone Thinner (nach Gewicht). Mix 30 Sekunden lang kräftig, im Vakuum für 1 Minute, und gießen Sie in den Körper Formhohlraum bis voll. Legen Sie im Ofen bei 250 ° F für 30 Minuten. Entfernen Form aus dem Ofen nehmen und abkühlen lassen. Remove-Modell von Schimmel, lassen auf Raumtemperatur abkühlen und entfernen Sie alle Trennmittel auf der Oberfläche desder Körper Schicht mit einem Papiertuch. </li><li> Ligament Layer: Eine dünne Schicht Trennmittel auf Band Formhohlraum Oberfläche mit Pinsel. Legen Sie eine 30 cm Faden in der Form, indem Sie ihn in den Ausschnitt aus dem Rasiermesser. Gründlich mischen Sie einen Teil B und einem Teil A der Ecoflex 00-30 und vier Teile der Silicone Thinner (nach Gewicht). Legen Sie in der Vakuumkammer, um Luftblasen zu entfernen und gießen Mischung in Band Formhohlraum. </li><li> Ligament Layer (Fortsetzung): Press Körper-backing-Modell (von Steps 2.1.1 und 2.1.2) in die Band Formhohlraum. Begin Insertion auf der einen Seite und sanft zu den anderen so zu bewegen, dass das Modell der Überschuß von nicht ausgehärtetem Silikon und Luftblasen aus dem Formhohlraum schiebt. Wenn Luftblasen vorhanden sind, entfernen Sie das Modell aus dem Formhohlraum, füllen ausgehärtetem Silikon, und wiederholen Sie die Taste Modell in die Form. Platzieren Form im Ofen für 30 Minuten, zu entfernen und auf Raumtemperatur abkühlen. Remove-Modell von Schimmel. Entfernen Sie überschüssiges Trennmittel mit einem Papiertuch. </li><li> Oberflächlichen Lamina propria Layer: Eine dünne Schicht Trennmittel auf superifical Lamina propria (SLP) Formhohlraum Oberfläche mit Pinsel. Mischen Sie einen Teil B, ein Teil A der Ecoflex 00-30 und 8 Teile Silicone Thinner nach Gewicht. Vacuum wie zuvor getan und strömen in SLP Formhohlraum. Verwenden Sie den gleichen Prozess in Schritt 2.1.4 beschrieben, um das Band-body-backing-Modell in der oberflächlichen Lamina propria Formhohlraum einfügen. Legen Sie in einem Ofen bei 250 ° F und Heilung für eine Stunde. Aus dem Ofen nehmen und abkühlen lassen. Entfernen Modell langsam und mit äußerster Vorsicht, so dass die oberflächlichen Lamina propria bleibt intakt. </li><li> Epithelschicht: Place Stimmlippen-Modell auf eine ebene Fläche mit dem Rückzieher. Entfernen Trägermaterial mit einem Rasiermesser. Suspend Themen in der Luft, indem sie an ein Objekt mit größerer Höhe als das Modell. Mischen Sie einen Teil B und einem Teil A Dragon Skin mit einem Teil der Silicone Thinner, mischen, Vakuum, dann über das Modell zu gießen und damit für auf Heilunge Stunde. Wiederholen Sie den Vorgang, um eine dickere Schicht zu erzeugen. Entfernen Sie überschüssiges Material mit einem Rasiermesser. </li><li> Optional: Wenn jede Schicht gewünscht ist, eine andere Farbe (für die sichtbare Kontrolle der verschiedenen Schichten), fügen Farbstoff Teil B der entweder die Ecoflex oder Dragon Skin beim Mischvorgang. </li><li> Optional: Wenn Materialeigenschaft Daten werden nicht erhoben, erstellen Zug-und rheologische Proben gleichzeitig mit der Herstellung des jeweiligen Modells Schicht. Tun Sie dies durch Gießen zusätzliche ausgehärtetem Material in Trennmittel behandelten Formen der gewünschte Materialeigenschaft Probe Form und Größe. </li><li> Optional: Wenn Messungen der Schichtdicke gewünscht sind, schneiden Sie einen Querschnitt des Modells mit einem Rasiermesser und untersuchen mit dem Mikroskop. </li></ol> 3. Endgültige Modell Vorbereitung für die Prüfung <ol><li> Montieren Sie jede vollendete Stimmlippen-Modell in einer Acryl-Montageplatte, indem zuerst eine dünne Schicht aus Silikon Kleber auf der Rückseite (lateral) und Seitenansicht (anterior-posterior) Modell Oberflächen. Insert-Modell in die ausgesparten Schnitt Montageplatte. Richten Sie das Modell mediale Oberfläche mit der Spitze der Acrylplatte. Wischen Sie überschüssigen Leim. Lassen Kleber eine Stunde aushärten. </li><li> Wenden Sie Talkumpuder auf der Oberfläche des Modells zu Oberflächenklebrigkeit zu reduzieren. </li><li> Für medialen Oberfläche Tracking mit einem feinen Punkt Sharpie Stift, um Punkte auf dem Modell zu markieren. Die besten Ergebnisse auftreten, wenn Kennzeichnung nach dem Auftragen von Talkum Puder gemacht wird. </li><li> Legen Sie lange Schrauben durch die Löcher der Montageplatte mit dem Gewinde in Richtung des Modells, auf die das bestehende Modell gekoppelt werden wird. Lay Themen über die Bolzen. Put geschlossenzelliger Schaumstoff über die Schrauben, um die Luft zu schließen. </li><li> Pair vorbereitet Modell mit einem anderen Stimmlippe Modell, das in ähnlicher Weise zu einem Acryl-Halter mit Steps 3.1 und 3.2 montiert. Ziehen Sie die Schrauben, um den Schaum zu komprimieren und bringen die medialen Oberflächen zusammen, bis der Wunsch pre-Vibrations-Lücke erreicht ist. Stellen Sie sicher, beide Arten von Themen ov platzierter die Schrauben und nach außen erstrecken von der Acryl-Platten in der anterior-posteriorer Richtung. </li><li> Berg Stimmlippen Paar auf Luftzufuhrrohr. </li><li> Binden Sie die vorderen Fäden zusammen, um eine Schleife zu bilden. Wiederholen Sie dies für die hinteren Fäden. Hang gewünschte Gewicht auf die Loops gleichzeitig. </li><li> Die Modelle sind nun bereit für die Prüfung und Datenerfassung. </li></ol> 4. Repräsentative Ergebnisse Vibrations-Response-Daten von einem Modell erstellt mit diesem Fertigungsprozess sind wie folgt; diese Ergebnisse sind typisch. Mit Spannung von ca. 31 g auf die Fasern aufgebracht, das Einsetzen Druck 400 Pa wurde bei einer subglottischen Druck von 10% über Auftreten Druck (440 Pa), das Modell bei 115 Hz mit einem glottal Flussrate von 210 ml / s. vibrierte Diese Werte sind in guter Übereinstimmung mit den Werten für die des Menschen (Tabelle 3) berichtet. Mit High-Speed-videokymography zu modellieren Bewegung zu analysieren zeigte Anzeichen von einer Phasendifferenz zwischen dem Superior And inferior Margen, dh dem oberen Rand verdeckt den unteren Rand während der offenen Phase der Schwingung Periode (Abb. 3). Trajektorien von Stereo-Bilder der Punkte aufgetragen, um den medialen und unteren Flächen der Stimmlippen-Modell extrahiert haben gezeigt, dass das Modell eine alternierende konvergent-divergenten Profil, das typisch für die menschliche Stimmbildung, eine mukosale wellenartige Bewegung, und eine untere ausgestellt inferior- überlegen Bewegung als in den Vorgängermodellen (Abb. 4). <img alt="Tabelle 1." src="/files/ftp_upload/3498/3498table1.jpg" /> Tabelle 1. Modell geometrische Parameterwerte. <img alt="Tabelle2." src="/files/ftp_upload/3498/3498table2.jpg" /> Tabelle 2. Mischungsverhältnisse Gewichts und der daraus resultierenden E-Modul der einzelnen Abschnitte der Stimmlippen-Modell. EF und DS bezeichnen Silikon aus Ecoflex und Dragon Skin, Jeweils 14. <img alt="Tabelle 3." src="/files/ftp_upload/3498/3498table3.jpg" /> Tabelle 3. Vergleich zwischen menschlichen und synthetischen Stimmlippen Schwingungsreaktionen. <img alt="Abbildung 1." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig1.jpg" /> Abbildung 1. Synthetic Stimmlippen-Modell Fertigungsprozess. CAD-Volumenmodellen abgeleitet (links) werden verwendet, um Schimmel (Mitte) für jede Schicht zu erzeugen. Jede Schicht wird dann gegossen, beginnend mit dem Körper Schicht und endet mit der Epithelschicht (rechtes Bild, wobei jede Schicht für bessere Sichtbarkeit &quot;back geschält&quot;). Nach der Herstellung werden die Modelle auf Acrylplatten für die Prüfung montiert. <img alt="Abbildung 2." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig2.jpg" /> Abbildung 2. Synthetic Stimmlippen-Modell Querschnitt. Klare Körper, oberflächlichen Lamina propria, ligament und Epithel-Schichten dargestellt. Parameter definieren Stimmlippen Modellgeometrie. Diese Zahl ist für die übersichtliche Darstellung von geometrischen Definitionen skaliert. Die Anwendung der Parameterwerte in Tabelle 1 angegeben werden in eine etwas andere Form als das, was hier gezeigt Ergebnis. <img alt="Abbildung 3." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig3.jpg" /> Abbildung 3. High-Speed-Kymogramm des Modells Vibrationen. Die Schätzungen für die Lage der oberen und unteren Ränder sind in farbigen gestrichelten Linien dargestellt. Phase Unterschiede zwischen den unteren und oberen Ränder sind evident. <img alt="Abbildung 4." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig4.jpg" /> Abbildung 4. Medial Oberflächenprofil von synthetischen Stimmlippen-Modell in einem Hemilarynx Anordnung, an zwei verschiedenen Instanzen der Zeit erfasst, während vibrieren. Ink-Marker wurden auf der medialen Oberfläche gelegt (wie sheigenen im Bild rechts), aufgenommen mit zwei synchronisierten High-Speed-Kameras, und verfolgt über die Vibrations-Zyklus. Die linke Grafik zeigt eine konvergente Stimmritze während der Eröffnungsphase und die rechte Grafik zeigt eine abweichende Stimmritze während der Abschlussphase.

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	<li>Hirano, M., Kakita, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cover-body+theory+of+vocal+fold+vibration.">Cover-body theory of vocal fold vibration.</a> Speech Science: Recent Advances. , 1-46 (1985).</li><li>Pickup, B. A., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+asymmetric+stiffness+on+the+structural+and+aerodynamic+response+of+synthetic+vocal+fold+models.">Influence of asymmetric stiffness on the structural and aerodynamic response of synthetic vocal fold models.</a> Journal of Biomechanics. 42 (14), 2219-2225 (2009).</li><li>Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibration+in+a+self-oscillating+vocal+fold+model+with+left-right+asymmetry+in+body-layer+stiffness.">Vibration in a self-oscillating vocal fold model with left-right asymmetry in body-layer stiffness.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 128 (5), EL279-EL285 (2010).</li><li>Popolo, P. S., Titze, I. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+structures+of+the+near+field+flow+in+a+self-oscillating+physical+model+of+the+vocal+folds.">Coherent structures of the near field flow in a self-oscillating physical model of the vocal folds.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 121 (2), 1102-1118 (2007).</li><li>Drechsel, J. S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+supraglottal+structures+on+the+glottal+jet+exiting+a+two-layer+synthetic,+self-oscillating+vocal+fold+model.">Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li><li>Becker, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow-structure-acoustic+interaction+in+a+human+voice+model.">Flow-structure-acoustic interaction in a human voice model.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 125 (3), 1351-1361 (2009).</li><li>Spencer, M., Siegmund, T., Mongeau, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+the+self-oscillation+of+a+model+larynx+by+digital+image+correlation.">Experimental study of the self-oscillation of a model larynx by digital image correlation.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 123 (2), 1089-1103 (2007).</li><li>Zhang, Z., Neubauer, J., Berry, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+subglottal+acoustics+on+laboratory+models+of+phonation.">The influence of subglottal acoustics on laboratory models of phonation.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 120 (3), 1558-1569 (2006).</li><li>Kniesburges, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+experimental+investigation+of+voice+production.">In vitro experimental investigation of voice production.</a> Current Bioinformatics. , (2011).</li><li>Titze, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Myoelastic Aerodynamic Theory of Phonation. , 82-101 (2006).</li><li>Murray, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow-Induced Responses of Normal, Bowed, and Augmented Synthetic Vocal Fold Models. , (2011).</li><li>Baken, R. J., Orlikoff, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Clinical Measurement of Speech and Voice. , (2000).</li><li>Titze, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Voice Production. , (2000).</li><li>Pickup, B. A., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow-induced+vibratory+response+of+idealized+vs.+magnetic+resonance+imaging-based+synthetic+vocal+fold+models.">Flow-induced vibratory response of idealized vs. magnetic resonance imaging-based synthetic vocal fold models.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 128 (3), EL124-EL129 (2010).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Dieses Verfahren zur Herstellung von synthetischen Stimmlippen Modelle liefert Modelle, Schwingungsverhalten ähnlich der menschlichen Stimmlippen aufweisen. Die Multi-Layer-Konzept ergeben sich wesentliche Vorteile gegenüber den bisherigen Ein-und Zwei-Schichten-Modell entwirft 3,6,8,15, in Form von geringeren Auftreten Druck und verbessertes Modell Bewegung (konvergent-divergenten Profil in Schwingung, Randkantenverschiebung-like motion und reduziert inferior überlegen Verschiebung). Die hier vorgestellte...

<table border="1"&gt;<tbody&gt;<tr&gt;<td<strong&gt; Name des Reagenzes</strong</td&gt;<td<strong&gt; Unternehmen</strong</td&gt;<td<strong&gt; Katalog-Nummer</strong</td&gt;<td<strong&gt; Kommentare</strong</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Hochvakuumfett</td&gt;<td&gt; Dow Corning</td&gt;<td&gt; 01018817</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Pol-Ease 2300</td&gt;<td&gt; Polytek</td&gt;<td&gt; Pol-Ease2300-1</td&gt;<td&gt; Trennmittel</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Smooth-Sil 950</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Smooth-Sil 950</td&gt;<td&gt; Formenbau Material</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Vakuum-Pumpe</td&gt;<td&gt; Edwards</td&gt;<td&gt; E2M2</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Vakuum-Kammer</td&gt;<td&gt; Kartell</td&gt;<td&gt; 230</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Manometer</td&gt;<td&gt; Marsh Bellofram</td&gt;<td&gt; 11308252A</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Rasiermesser</td&gt;<td&gt; Husky</td&gt;<td&gt; 008 bis 045-HKY</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Ecoflex 00-30</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Ecoflex 00-30</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Silikon Thinner</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Silikon Thinner</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Dragon Skin</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Dragon Skin 10 FAST</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Themen</td&gt;<td&gt; Omega</td&gt;<td&gt; OmegaCrys</td&gt;<td&gt; Verwenden Sie nur klare Fasern</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Silikon Dye</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Silc Pig Schwarz</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Silikonkleber</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Sil-Poxy</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Talkumpuder</td&gt;<td&gt; Western Familie</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;</tbody&gt;</table

synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication

Sound für die menschliche Stimme ist über Fluss-induzierte Schwingungen der Stimmlippen produziert. Die Stimmlippen bestehen aus mehreren Schichten von Gewebe, die jeweils mit unterschiedlichen Materialeigenschaften 1. Normale Stimme Produktion setzt auf gesundes Gewebe und Stimmlippen, und tritt als Folge von komplexen Kopplung zwischen Aerodynamik, strukturelle Dynamik und akustische Phänomene. Stimmstörungen sind bis zu 7,5 Millionen jährlich in den Vereinigten Staaten allein 2 und oft in erhebliche finanzielle, soziale und andere Quality-of-life Schwierigkeiten führen. Das Verständnis der Physik der Stimme Produktion hat das Potenzial, deutlich profitieren Stimme Versorgung, einschließlich klinischer Vorbeugung, Diagnose und Behandlung von Stimmstörungen. Bestehende Methoden zur Untersuchung von Sprach-Produktion sind in vivo Experimenten mit menschlichen und tierischen Probanden in vitro Experimente mit ausgeschnittenen Kehlköpfe und synthetische Modelle und Rechenmodelling. Aufgrund der gefährlichen und schwierigen Instrument zugreifen, sind in vivo Experimente stark in ihrem Umfang begrenzt. Abgeschnittene Kehlkopf Experimente haben den Vorteil der anatomischen und einen physiologischen Realismus, sondern parametrische Studien mit geometrischen und materiellen Eigentum Variablen sind begrenzt. Darüber hinaus sind sie in der Regel nur in der Lage, für relativ kurze Zeiträume (typischerweise in der Größenordnung von Minuten) in Schwingung versetzt werden. Die Überwindung der einige der Einschränkungen des ausgeschnittenen Kehlkopf Experimente sind synthetische Stimmlippen Modelle als ergänzendes Instrument für die Untersuchung Stimme Produktion entstehen. Synthetische Modelle können mit systematischen Veränderungen der Geometrie und Materialeigenschaften hergestellt werden, so dass für die Untersuchung von gesunden und ungesunden Menschen phonatorische Aerodynamik, Strukturdynamik und Akustik. Zum Beispiel haben sie genutzt, um links-rechts Stimmlippen Studie Asymmetrie 3,4, klinische Entwicklung von Instrumenten 5, Kehlkopf-Aerodynamik 6-9, vocal fold Anpressdruck 10, und subglottisch Akustik 11 (eine ausführliche Liste kann in Kniesburges et al. 12) Bestehende synthetischen Stimmlippen Modelle haben jedoch entweder homogen (Ein-Schicht-Modelle) oder hergestellt worden sind mit zwei Materialien unterschiedlicher Steifigkeit (Zwei-Schicht-Modelle). Dieser Ansatz nicht zur Darstellung der tatsächlichen Multi-Layer-Struktur des menschlichen Stimmlippen 1, die eine zentrale Rolle bei der Leitung der Stimmlippen flussinduzierte Vibrations-Reaktion spielt ermöglichen. Folglich Ein-und Zwei-Schicht-synthetischen Stimmlippen Modelle ausgestellt haben Nachteile wie höhere 3,6,8 Beginn Druck als das, was typisch für die menschliche Stimmbildung (onset Druck ist die minimale Lungen-Druck benötigt, um Vibrationen zu initiieren), unnatürlich groß inferior- überlegen Bewegung, und das Fehlen einer &quot;Randkantenverschiebung&quot; (eine vertikal Wanderwelle, die charakteristisch für gesunde menschliche Stimmlippen Vibration). <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; In diesem Papier, Herstellung eines Modells mit mehreren Schichten unterschiedlicher Materialeigenschaften beschrieben. Das Modell simuliert Schichten der mehrschichtigen Struktur des menschlichen Stimmlippen, einschließlich Epithel, oberflächliche Lamina propria (SLP), Zwischen-und tiefen Lamina propria (dh, Bänder, eine Faser für anterior-posterior Steifigkeit im Lieferumfang enthalten) und Muskel (dh , Körper) Schichten 1. Die Ergebnisse sind, die zeigen, dass das Modell eine verbesserte Schwingungsverhalten zeigt über enthalten vor Ein-und Zwei-Schicht synthetischer Modelle, einschließlich Beginn Druck näher an menschlichen Beginn Druck, verringerte inferior-superior Bewegung und Hinweise auf eine Randkantenverschiebung.

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Synthetic, Multi-Layer, Self-Oscillating Vocal Fold Model Fabrication

Die Methodik zur Herstellung von synthetischen Stimmlippen Modelle beschrieben. Die Modelle sind lebensgroße und imitieren die mehrschichtige Struktur des menschlichen Stimmlippen. Die Ergebnisse zeigen die Modelle bei einem Druck vergleichbar mit Lungenhochdruck selbst schwingen und zeigen, flussinduzierte Schwingungsreaktionen, die ähnlich denen der menschlichen Stimmlippen sind.

Synthetische Multi-Layer-, Selbst-Oszillierende Stimmlippen Modell Fabrication

Sound for the human voice is produced via flow-induced vocal fold vibration. The vocal folds consist of several layers of tissue, each with differing ...

synthetic-multi-layer-self-oscillating-vocal-fold-model-fabrication

Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.9K Aufrufe.  Brigham Young University. Die Methodik zur Herstellung von synthetischen Stimmlippen Modelle beschrieben. Die Modelle sind lebensgroße und imitieren die mehrschichtige Struktur des menschlichen Stimmlippen. Die Ergebnisse zeigen die Modelle bei einem Druck vergleichbar mit Lungenhochdruck selbst schwingen und zeigen, flussinduzierte Schwingungsreaktionen, die ähnlich denen der menschlichen Stimmlippen sind.

Serie: Synthetic, Multi-Layer, Self-Oscillating Vocal Fold Model Fabrication

Engineering Adherent Bacteria by Creating a Single Synthetic Curli Operon

The method described here consists in redesigning E. coli adherence properties by assembling the minimum number of curli genes under the control of a strong and metal-overinducible promoter, and in visualizing and quantifying the resulting gain of bacterial adherence. This method applies appropriate engineering principles of abstraction and standardization of synthetic biology, and results in the BBa_K540000 Biobrick (Best new Biobrick device, engineered, iGEM 2011).
The first step consists in the design of the synthetic operon devoted to curli overproduction in response to metal, and therefore in increasing the adherence abilities of the wild type strain. The original curli operon was modified in silico in order to optimize transcriptional and translational signals and escape the "natural" regulation of curli. This approach allowed to test with success our current understanding of curli production. Moreover, simplifying the curli regulation by switching the endogenous complex promoter (more than 10 transcriptional regulators identified) to a simple metal-regulated promoter makes adherence much easier to control.
The second step includes qualitative and quantitative assessment of adherence abilities by implementation of simple methods. These methods are applicable to a large range of adherent bacteria regardless of biological structures involved in biofilm formation. Adherence test in 24-well polystyrene plates provides a quick preliminary visualization of the bacterial biofilm after crystal violet staining. This qualitative test can be sharpened by the quantification of the percentage of adherence. Such a method is very simple but more accurate than only crystal violet staining as described previously 1 with both a good repeatability and reproducibility. Visualization of GFP-tagged bacteria on glass slides by fluorescence or laser confocal microscopy allows to strengthen the results obtained with the 24-well plate test by direct observation of the phenomenon.

The design of a synthetic operon encoding both the secretory apparatus and the structural monomers of curli fibers is described. Overproduction of these amyloids and adherent polymers allows a measurable gain of adherence of the E. coli chassis1. Easy ways to visualize and quantify adherence are explained.

Engineering adhärenten Bakterien durch Schaffung eines einheitlichen Synthetic Curli Operon

The  method described here consists in redesigning E. coli adherence properties by assembling the minimum number of  curli genes under the control of a ...

Forschung

Biotechnik

Synthetic Spider Silk Production on a Laboratory Scale

As society progresses and resources become scarcer, it is becoming increasingly important to cultivate new technologies that engineer next generation biomaterials with high performance properties. The development of these new structural materials must be rapid, cost-efficient and involve processing methodologies and products that are environmentally friendly and sustainable. Spiders spin a multitude of different fiber types with diverse mechanical properties, offering a rich source of next generation engineering materials for biomimicry that rival the best manmade and natural materials. Since the collection of large quantities of natural spider silk is impractical, synthetic silk production has the ability to provide scientists with access to an unlimited supply of threads. Therefore, if the spinning process can be streamlined and perfected, artificial spider fibers have the potential use for a broad range of applications ranging from body armor, surgical sutures, ropes and cables, tires, strings for musical instruments, and composites for aviation and aerospace technology. In order to advance the synthetic silk production process and to yield fibers that display low variance in their material properties from spin to spin, we developed a wet-spinning protocol that integrates expression of recombinant spider silk proteins in bacteria, purification and concentration of the proteins, followed by fiber extrusion and a mechanical post-spin treatment. This is the first visual representation that reveals a step-by-step process to spin and analyze artificial silk fibers on a laboratory scale. It also provides details to minimize the introduction of variability among fibers spun from the same spinning dope. Collectively, these methods will propel the process of artificial silk production, leading to higher quality fibers that surpass natural spider silks.

Despite the outstanding mechanical and biochemical properties of spider silks, this material cannot be harvested in large quantities by conventional means. Here we describe an efficient strategy to spin artificial spider silk fibers, which is an important process for investigators studying spider silk production and their use as next-generation biomaterials.

Synthetische Spinnenseide Produktion im Labormaßstab

As society progresses and resources become scarcer, it is becoming increasingly important to cultivate new technologies that engineer next generation ...

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Fast and effective diagnostics play an important role in controlling infectious disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we present an integrated microfluidic thermoplastic chip with the ability to amplify influenza A virus in patient nasopharyngeal (NP) swabs and aspirates. Upon loading the patient sample, the microfluidic device sequentially carries out on-chip cell lysis, RNA purification and concentration steps within the solid phase extraction (SPE), reverse transcription (RT) and polymerase chain reaction (PCR) in RT-PCR chambers, respectively. End-point detection is performed using an off-chip Bioanalyzer (Agilent Technologies, Santa Clara, CA). For peripherals, we used a single syringe pump to drive reagent and samples, while two thin film heaters were used as the heat sources for the RT and PCR chambers. The chip is designed to be single layer and suitable for high throughput manufacturing to reduce the fabrication time and cost. The microfluidic chip provides a platform to analyze a wide variety of virus and bacteria, limited only by changes in reagent design needed to detect new pathogens of interest.

An integrated microfluidic thermoplastic chip has been developed for use as a molecular diagnostic. The chip performs nucleic acid extraction, reverse transcriptase, and PCR. Methods for fabricating and running the chip are described.

Mikrofluidischen Chip Herstellung und Verfahren zur Influenza Detect

Fast  and effective diagnostics play an important role in controlling infectious  disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we ...

Generation of Shear Adhesion Map Using SynVivo Synthetic Microvascular Networks

Cell/particle adhesion assays are critical to understanding the biochemical interactions involved in disease pathophysiology and have important applications in the quest for the development of novel therapeutics. Assays using static conditions fail to capture the dependence of adhesion on shear, limiting their correlation with in vivo environment. Parallel plate flow chambers that quantify adhesion under physiological fluid flow need multiple experiments for the generation of a shear adhesion map. In addition, they do not represent the in vivo scale and morphology and require large volumes (~ml) of reagents for experiments. In this study, we demonstrate the generation of shear adhesion map from a single experiment using a microvascular network based microfluidic device, SynVivo-SMN. This device recreates the complex in vivo vasculature including geometric scale, morphological elements, flow features and cellular interactions in an in vitro format, thereby providing a biologically realistic environment for basic and applied research in cellular behavior, drug delivery, and drug discovery. The assay was demonstrated by studying the interaction of the 2 &#181;m biotin-coated particles with avidin-coated surfaces of the microchip. The entire range of shear observed in the microvasculature is obtained in a single assay enabling adhesion vs. shear map for the particles under physiological conditions.

Flow chambers used in adhesion experiments typically consist of linear flow paths and require multiple experiments at different flow rates to generate a shear adhesion map. SynVivo-SMN enables the generation of shear adhesion map using a single experiment utilizing microliter volumes resulting in significant savings in time and consumables.

Erzeugung von Scherhaft Karte Mit SynVivo Synthetische mikrovaskuläre Networks

Cell/particle adhesion assays are critical to understanding the biochemical interactions involved in disease pathophysiology and have important ...

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. Polyps and nodules, which are geometric abnormalities that form on the medial surface of the vocal folds, can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Our laboratory has reported particle image velocimetry (PIV) measurements, within an investigation of a model polyp located on the medial surface of an in&#160;vitro driven vocal fold model, which show that such a geometric abnormality considerably disrupts the glottal jet behavior. This flow field adjustment is a likely reason for the severe degradation of the vocal quality in patients with polyps. A more complete understanding of the formation and propagation of vortical structures from a geometric protuberance, such as a vocal fold polyp, and the resulting influence on the aerodynamic loadings that drive the vocal fold dynamics, is necessary for advancing the treatment of this pathological condition. The present investigation concerns the three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted prolate hemispheroid with a 2:1 aspect ratio in cross flow, i.e. a model vocal fold polyp, using an oil-film visualization technique. Unsteady, three-dimensional flow separation and its impact of the wall pressure loading are examined using skin friction line visualization and wall pressure measurements.

Vocal fold polyps can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted model polyp and its impact on the wall pressure loading are examined using particle image velocimetry, skin friction line visualization, and wall pressure measurements.

Untersuchung der dreidimensionalen Strömungstrennung, die durch ein Modell Vocal Fold Polyp induziert wird

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To emulate the dynamic environment of vocal folds, a novel vocal fold bioreactor capable of producing vibratory stimulations at fundamental phonation frequencies is constructed and characterized. The device is composed of a function generator, a power amplifier, a speaker selector and parallel vibration chambers. Individual vibration chambers are created by sandwiching a custom-made silicone membrane between a pair of acrylic blocks. The silicone membrane not only serves as the bottom of the chamber but also provides a mechanism for securing the cell-laden scaffold. Vibration signals, generated by a speaker mounted underneath the bottom acrylic block, are transmitted to the membrane aerodynamically by the oscillating air. Eight identical vibration modules, fixed on two stationary metal bars, are housed in an anti-humidity chamber for long-term operation in a cell culture incubator. The vibration characteristics of the vocal fold bioreactor are analyzed non-destructively using a Laser Doppler Vibrometer (LDV). The utility of the dynamic culture device is demonstrated by culturing cellular constructs in the presence of 200-Hz sinusoidal vibrations with a mid-membrane displacement of 40 &#181;m. Mesenchymal stem cells cultured in the bioreactor respond to the vibratory signals by altering the synthesis and degradation of vocal fold-relevant, extracellular matrix components. The novel bioreactor system presented herein offers an excellent in vitro platform for studying vibration-induced mechanotransduction and for the engineering of functional vocal fold tissues.

A novel vocal fold bioreactor capable of delivering physiologically relevant, vibratory stimulation to cultured cells is constructed and characterized. This dynamic culture device, when combined with a fibrous poly(&#949;-caprolactone) scaffold, creates a vocal fold-mimetic environment that modulates the behaviors of mesenchymal stem cells.

Konstruktion und Charakterisierung eines neuartigen Bioreaktor Stimmlippen

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

Polymeren Mikronadelanordnung Fabrication durch Photolithographie

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Using Synthetic Biology to Engineer Living Cells That Interface with Programmable Materials

We have developed an abiotic-biotic interface that allows engineered cells to control the material properties of a functionalized surface. This system is made by creating two modules: a synthetically engineered strain of E. coli cells and a functionalized material interface. Within this paper, we detail a protocol for genetically engineering selected behaviors within a strain of E. coli using molecular cloning strategies. Once developed, this strain produces elevated levels of biotin when exposed to a chemical inducer. Additionally, we detail protocols for creating two different functionalized surfaces, each of which is able to respond to cell-synthesized biotin. Taken together, we present a methodology for creating a linked, abiotic-biotic system that allows engineered cells to control material composition and assembly on nonliving substrates.

This paper presents a series of protocols for developing engineered cells and functionalized surfaces that enable synthetically engineered E. coli to control and manipulate programmable material surfaces.

Unter Verwendung der synthetischen Biologie lebenden Zellen zu entwickeln, die Schnittstelle mit programmierbarer Materialien

We have developed an abiotic-biotic interface that allows engineered cells to control the material properties of a functionalized surface. This system is ...

Fabrication of Decellularized Cartilage-derived Matrix Scaffolds

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage research has focused on the development of regenerative scaffolds. This article describes the development of scaffolds that are completely derived from natural cartilage extracellular matrix, coming from an equine donor. Potential applications of the scaffolds include producing allografts for cartilage repair, serving as a scaffold for osteochondral tissue engineering, and providing in vitro models to study tissue formation. By decellularizing the tissue, the donor cells are removed, but many of the natural bioactive cues are thought to be retained. The main advantage of using such a natural scaffold in comparison to a synthetically produced scaffold is that no further functionalization of polymers is required to drive osteochondral tissue regeneration. The cartilage-derived matrix scaffolds can be used for bone and cartilage tissue regeneration in both in vivo and in vitro settings.

Decellularized cartilage-derived scaffolds can be used as a scaffold to guide cartilage repair and as a means to regenerate osteochondral tissue. This paper describes the decellularization process in detail and provides suggestions to use these scaffolds in in vitro settings.

Herstellung von Decellularized Knorpel abgeleitet Matrix Gerüste

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage ...

Preparing Protein Producing Synthetic Cells using Cell Free Bacterial Extracts, Liposomes and Emulsion Transfer

The bottom-up assembly approach for construction of synthetic cells is an effective tool for isolating and investigating cellular processes in a cell mimicking environment. Furthermore, the development of cell-free expression systems has demonstrated the ability to reconstitute the protein production, transcription and translation processes (DNA&#8594;RNA&#8594;protein) in a controlled manner, harnessing synthetic biology. Here we describe a protocol for preparing a cell-free expression system, including the production of a potent bacterial lysate and encapsulating this lysate inside cholesterol-rich lipid-based giant unilamellar vesicles (GUVs) (i.e., stable liposomes), to form synthetic cells. The protocol describes the methods for preparing the components of the synthetic cells including the production of active bacterial lysates, followed by a detailed step-by-step preparation of the synthetic cells based on a water-in-oil emulsion transfer method. These facilitate the production of millions of synthetic cells in a simple and affordable manner with a high versatility for producing different types of proteins. The obtained synthetic cells can be used to investigate protein/RNA production and activity in an isolated environment, in directed evolution, and also as a controlled drug delivery platform for on-demand production of therapeutic proteins inside the body.

This protocol describes the method, materials, equipment and steps for bottom-up preparation of RNA and protein producing synthetic cells. The inner aqueous compartment of the synthetic cells contained the S30 bacterial lysate encapsulated within a lipid bilayer (i.e., stable liposomes), using a water-in-oil emulsion transfer method.

Herstellung von Proteinproduktion synthetischer Zellen mit zellfreien bakteriellen Extrakten, Liposomen und Emulsionstransfer

The bottom-up assembly approach for construction of synthetic cells is an effective tool for isolating and investigating cellular processes in a cell ...