Esta labor cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional para la Ciencia, Grant No. CBET-1236351 y GW Center for Biomimetics and Bioinspired Engineering (COBRE).

En este trabajo, un hemisferoide de prolato montado en la pared, es decir, un pólipo de pliegue vocal modelo, se coloca en el piso de la sección de prueba de un túnel de viento tipo succión con una relación de contracción de 5:1. La separación de flujo inestable y tridimensional y su efecto en la carga de presión de pared se investigan utilizando la visualización de flujo de aceite, mediciones de presión de pared y velocimetría de imagen de partículas. Las mediciones de presión inestable se adquieren utilizando un transductor de presión de barrido de dieciséis canales con sensores de presión piezorresistivos. Los sensores de presión tienen una respuesta de frecuencia de 670 Hz. Los grifos de presión estáticos formados a partir de tubulaciones de acero inoxidable se montan aguas arriba y aguas abajo del pólipo del pliegue vocal modelo para facilitar las mediciones de presión superficial y se van a cortocircuitar al dispositivo de presión de barrido. La visualización del flujo de aceite y las mediciones de presión superficial no se pueden adquirir simultáneamente porque el aceite fluiría hacia los grifos de presión causando ensuciamiento.
La siguiente sección proporciona el protocolo para configurar y adquirir la visualización de la película de aceite y las mediciones de presión superficial alrededor de un hemisferoide de prolato montado en la pared. Aunque se están adquiriendo mediciones de velocimetría de imagen de partículas promediadas en fase y resueltas en el tiempo, la adquisición de PIV no está incluida en este protocolo. Los autores sugieren las referencias de Raffel et al. 36 y Adrian y Westerweel39 para una comprensión profunda de la configuración experimental de PIV, la adquisición de datos y el procesamiento de datos.
1. Generar protuberancia(es decir, pólipo modelo)
<ol><li>Construya un modelo tridimensional de diseño asistido por ordenador (CAD) con la geometría deseada. Generar el pólipo del pliegue vocal modelo como un hemisferoide prolato que mide 5,08 cm de largo, 2,54 cm de ancho y 1,27 cm de alto. Monte una base cuadrada de 2,54 cm de espesor de 0,64 cm en la parte inferior del pólipo del pliegue vocal modelo. Esta base se utilizará para anclar el modelo al piso de la sección de prueba.</li>
	<li>Exporte el modelo CAD 3D como un archivo de estereolitografía (STL). El formato de archivo STL genera la superficie del modelo como una serie de triángulos. Elija una resolución adecuada para asegurar una superficie lisa en el pólipo modelo. Se recomienda una resolución de al menos 600 puntos/pulgada.</li>
	<li>Cargue el archivo STL en el software apropiado e imprima el archivo STL utilizando una impresora tridimensional de alta resolución o un prototipo rápido con una resolución de capa de construcción de al menos 20 μm.</li>
	<li>La sección de prueba del túnel de viento es de aproximadamente 30,48 cm x 30,48 cm x 121,92 cm con una placa inferior extraíble como se muestra en la Figura 1. Fresar un agujero cuadrado de 2,54 cm de aproximadamente 0,85 cm de profundidad en la placa extraíble del piso de la sección de prueba del túnel de viento para montar el pólipo del pliegue vocal modelo para la prueba. El agujero debe estar ubicado en el centro del ancho de la sección de prueba y estar ubicado en la ubicación aguas abajo deseada para la prueba.</li>
</ol>2. Preparación de visualización de flujo de aceite
<ol><li>Para preparar la sección de prueba, cubra la superficie de la sección de prueba dentro del túnel de viento con papel adhesivo blanco. Coloque y alise cuidadosamente el papel adhesivo para asegurarse de que el piso de la sección de prueba no tenga golpes debido a burbujas de aire o pliegues en el papel adhesivo. Corte un orificio en el papel adhesivo por encima del orificio cuadrado en el piso de la sección de prueba para que el anclaje del pólipo modelo se adhiera a la pared de la sección de prueba.</li>
	<li>Inserte la protuberancia (pólipo del pliegue vocal modelo) en la posición de anclaje para prepararse para la prueba. Consulte la Figura 1.</li>
	<li>Monte una cámara de alta resolución sobre la sección de prueba del túnel de viento. Enfoque la cámara para el campo de visión elegido, incluido el pólipo modelo y el área de la sección de prueba circundante. Establezca los parámetros de adquisición de la cámara para las pruebas. Se debe utilizar un ajuste de vídeo para capturar la parte transitoria de la visualización del flujo de aceite o si los flujos inestables o pulsátiles son de interés.</li>
	<li>Prepare la mezcla de aceite de flujo y visualización combinando aceite de bebé, polvo de tóner de copia y queroseno en una proporción de 7:1:2 por volumen. Por ejemplo: combine 35 ml de aceite de bebé, 5 ml de polvo de tóner de copia y 10 ml de queroseno. Mezcle el aceite de bebé y el polvo de tóner juntos en un recipiente y revuelva hasta que el tóner se disuelva por completo. A continuación añadimos el queroseno y mezclamos bien.</li>
	<li>Transfiera la mezcla a una botella de pulverización para facilitar su aplicación a la superficie de la sección de prueba.</li>
</ol>3. Mediciones de visualización de flujo de aceite
<ol><li>Limpie y seque la superficie de la sección de prueba antes de cada aplicación de la mezcla de aceite.</li>
	<li>Use la botella de aerosol llena de la mezcla de aceite para rociar una capa delgada y uniforme de líquido sobre la sección de interés. Una capa de mezcla de aceite delgada y uniforme es importante para producir imágenes de visualización de película de aceite adecuadas.</li>
	<li>Iniciar la adquisición de imágenes o vídeos en la cámara. Comience la adquisición de la cámara antes de que se encienda el túnel de viento para capturar el movimiento transitorio inicial de la mezcla de aceite.</li>
	<li>Establezca el túnel de viento de succión a la velocidad deseada. La mezcla de aceite comenzará a fluir a lo largo de la superficie de la sección de prueba.</li>
	<li>Una vez que la mezcla de aceite deja de fluir y ha alcanzado un estado estacionario(es decir, los patrones son estacionarios), o cuando ha transcurrido el tiempo deseado, detenga la grabación de la cámara y abata el túnel de viento. Nota: El video 1 muestra la mezcla de aceite fluyendo hasta que se alcanza un estado estacionario y el patrón de fricción de la piel se vuelve estacionario. En el vídeo el flujo se mueve de izquierda a derecha.</li>
</ol>4. Preparación de medición de presión superficial
<ol><li>Prepare la superficie del piso de la sección de prueba (placa extraíble) perforando agujeros para montar tubulaciones de acero inoxidable (diámetro exterior de 0,16 cm y 2,54 cm de largo) en el piso de la sección de prueba para construir grifos de presión estáticos. Comenzando en la línea media de la posición de anclaje del hemisferoide prolato, perfore los agujeros en una cuadrícula que abarque 8,89 cm en la dirección spanwise y 22,86 cm aguas abajo con un espaciado de cuadrícula spanwise de 1,27 cm y un espaciado de cuadrícula aguas abajo de 2,54 cm (consulte la Figura 1). Las túculaciones de acero inoxidable tienen una protuberancia en un extremo para unir tubos flexibles y son rectas en el otro extremo para el montaje. Nota: Los grifos de presión estáticos se pueden colocar a intervalos más cercanos para una cuadrícula más fina de ubicaciones de adquisición de presión.</li>
	<li>Monte las tubulaciones que rodean la posición de anclaje del hemisferoide de prolato montado en la pared(es decir, pólipo de pliegue vocal modelo) en la configuración deseada en el piso de la sección de prueba para prepararse para la prueba. Las tubulaciones deben montarse al ras con el piso de la sección de prueba.</li>
	<li>Coloque piezas de tubos flexibles cortos (6,35 cm de longitud, 0,159 cm de diámetro interior, tubo de cloruro de polivinilo transparente de 0,475 cm de diámetro exterior) de las túculaciones de acero inoxidable montadas a los puertos de medición del transductor de presión de barrido. El transductor de presión de barrido tiene dieciséis puertos de presión.</li>
</ol>5. Adquisición de medición de presión superficial
<ol><li>Conecte el transductor de presión de escaneo a un ordenador y configure los parámetros de adquisición utilizando el software del transductor de presión de barrido. Configure el software de adquisición para adquirir datos a 500 Hz durante la duración deseada de la adquisición de datos. Nota: Los datos se adquirieron a la velocidad de muestreo máxima del transductor de presión de barrido, 500 Hz, debido a las pequeñas variaciones de presión a bajas frecuencias de oscilación.</li>
	<li>Establezca el túnel de viento de succión a la velocidad deseada.</li>
	<li>Comience la adquisición de la medida de la presión. Las mediciones de presión se pueden adquirir simultáneamente con cualquier técnica de diagnóstico de flujo deseada(por ejemplo, PIV, anemometría láser Doppler, anamometría de alambre caliente, etc.)</li>
</ol>

<ol>
	<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=.">.</a> Cover-body theory of vocal fold vibration. Speech science--recent advances. , 1-46 (1985).</li><li>Gray, S. D., Titze, I. R., Alipour, F., Hammond, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+and+histologic+observations+of+vocal+fold+fibrous+proteins.">Biomechanical and histologic observations of vocal fold fibrous proteins.</a> Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 109 (1), 77-85 (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=The+physics+of+small-amplitude+oscillation+of+the+vocal+fold.">The physics of small-amplitude oscillation of the vocal fold.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 83 (4), 1536-1552 (1988).</li><li>Boessenecker, A., Berry, D. A., Lohscheller, J., Eysholdt, U., D&#246;llinger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave+properties+of+a+human+vocal+fold.">Mucosal wave properties of a human vocal fold.</a> Acta Acustica. 93 (5), 815-823 (2007).</li><li>Shaw, H. S., Deliyski, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave:+a+normophonic+study+across+visualization+techniques.">Mucosal wave: a normophonic study across visualization techniques.</a> J. Voice. 22 (1), 23-33 (2008).</li><li>Krausert, C. R., Olszewski, A. E., Taylor, L. N., McMurray, J. S., Dailey, S. H., Jiang, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave+measurement+and+visualization+techniques.">Mucosal wave measurement and visualization techniques.</a> J. Voice. 25 (4), 395-405 (2010).</li><li>Fant, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+Theory+of+Speech+Production.">Acoustic Theory of Speech Production.</a> Mouton and Co. N. V.: The Hague. , 15-79 (1960).</li><li>Wegel, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+vibration+of+the+larynx.">Theory of vibration of the larynx.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 1, 1-21 (1930).</li><li>Den Berg, J. V. a. n., Zantema, J. T., Doornenbal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+air+resistance+and+the+Bernoulli+effect+of+the+human+larynx.">On the air resistance and the Bernoulli effect of the human larynx.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 29 (5), 626-631 (1957).</li><li>Scherer, R. C., Shinwari, D., De Witt, K. J., Zhang, C., Kucinschi, B. R., Afjeh, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraglottal+pressure+profiles+for+a+symmetric+and+oblique+glottis+with+a+divergence+angle+of+10+degrees.">Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees.</a> TJ. Acoustic. Soc. Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).</li><li>Thomson, S. L., Mongeau, L., Frankel, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerodynamic+transfer+of+energy+to+the+vocal+folds.">Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds.</a> TJ. Acoustic. Soc. Am. 118 (3), 1689-1700 (2005).</li><li>Erath, B. D., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+asymmetric+flow+features+in+a+scaled-up+driven+model+of+the+human+vocal+folds.">An investigation of asymmetric flow features in a scaled-up driven model of the human vocal folds.</a> Exp. Fluids. 49 (1), 131-146 (2010).</li><li>Petrovi&#263;-Lazi&#263;, M., Kosanovi&#263;, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+analysis+findings+in+patients+with+vocal+fold+polyp.">Acoustic analysis findings in patients with vocal fold polyp.</a> Acta Med. Saliniana. 38 (2), 63-66 (2009).</li><li>Erath, B. D., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+laryngeal+flow+fields+induced+by+a+model+vocal+fold+polyp.">Three-dimensional laryngeal flow fields induced by a model vocal fold polyp.</a> Int. J. Heat Fluid Flow. 35, 93-101 (2012).</li><li>Acarlar, M. S., Smith, C. 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+study+of+hairpin+vortices+in+a+laminar+boundary+layer.+Part+1.+Hairpin+vortices+generated+by+a+hemisphere+protuberance.">A study of hairpin vortices in a laminar boundary layer. Part 1. Hairpin vortices generated by a hemisphere protuberance.</a> J. Fluid Mech. 175, 1-41 (1987).</li><li>Kawanisi, K., Maghrebi, M. F., Yokosi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+instantaneous+3-D+analysis+of+turbulent+flow+in+the+wake+of+a+hemisphere.">An instantaneous 3-D analysis of turbulent flow in the wake of a hemisphere.</a> Boundary-Layer Meteorol. 64, 1-14 (1992).</li><li>Savory, E., Toy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemisphere+and+hemisphere-cylinders+in+turbulent+boundary+layers.">Hemisphere and hemisphere-cylinders in turbulent boundary layers.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 23, 345-364 (1986).</li><li>Tamai, N., Asaeda, T., Tanaka, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+structures+around+a+hemispheric+hump.">Vortex structures around a hemispheric hump.</a> Boundary-Layer Meteorol. 39, 301-314 (1987).</li><li>Savory, E., Toy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+separated+shear+layers+associated+with+hemispherical+bodies+in+turbulent+boyndary+layers.">The separated shear layers associated with hemispherical bodies in turbulent boyndary layers.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 28, 291-300 (1988).</li><li>Ogawa, T., Nakayama, M., Murayama, S., Sasaki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+of+wind+pressures+on+basic+structures+with+curved+surfaces+and+their+response+in+turbulent+flow.">Characteristics of wind pressures on basic structures with curved surfaces and their response in turbulent flow.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 38, 427-438 (1991).</li><li>Manhart, M., Wengle, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-eddy+simulation+of+turbulent+bounday+layer+flow+over+a+hemisphere.">Large-eddy simulation of turbulent bounday layer flow over a hemisphere.</a> Direct and Large-Eddy Simulation I: Selected papers from the First ERCOFTAC Workshop on Direct and Large-Eddy Simulation. , 299-301 (1994).</li><li>Manhart, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+shedding+from+a+hemisphere+in+a+turbulent+boundary+layer.">Vortex shedding from a hemisphere in a turbulent boundary layer.</a> Theor. Comp. Fluid Dyn. 12, 1-28 (1998).</li><li>Meroney, R. N., Letchford, C. W., Sarkar, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+numerical+and+wind+tunnel+simulation+of+wind+loads+on+smooth,+rough+and+dual+domes+immersed+in+a+boundary+layer.">Comparison of numerical and wind tunnel simulation of wind loads on smooth, rough and dual domes immersed in a boundary layer.</a> Wind Struct. 5 (2-4), 347-358 (2002).</li><li>Hunt, J. C. R., Abell, C. J., Peterka, J. A., Woo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematical+studies+of+the+flows+around+free+or+surface-mounted+obstacles;+applying+topology+to+flow+visualization.">Kinematical studies of the flows around free or surface-mounted obstacles; applying topology to flow visualization.</a> J. Fluid Mech. 86 (01), 179 (2006).</li><li>Legendre, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignes+de+courant+d'un+ecoulement+permanent:+decollement+et+separation.">Lignes de courant d'un ecoulement permanent: decollement et separation.</a> La Recherche A&#233;rospatiale. 6, 327-335 (1977).</li><li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+Surface+Flow.">Visualization of Surface Flow.</a> Flow Visual. , 82-89 (1987).</li><li>Simpson, R. L., Long, C. H. H., Byun, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+vortical+separation+from+an+axisymmetric+hill.">Study of vortical separation from an axisymmetric hill.</a> Int. J. Heat Fluid Flow. 23 (5), 582-591 (2002).</li><li>Byun, G., Simpson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-pressure+fluctuations+from+separated+flow+over+an+axisymmetric+bump.">Surface-pressure fluctuations from separated flow over an axisymmetric bump.</a> Am. Inst. Aeronaut. Astronaut. J. 48 (10), 2397-2405 (2010).</li><li>Martinuzzi, R., Tropea, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+flow+around+surface-mounted,+prismatic+obstacles+placed+in+a+fully+developed+channel+flow.">The flow around surface-mounted, prismatic obstacles placed in a fully developed channel flow.</a> J. Fluids Eng. 115, 85-92 (1993).</li><li>R&#246;diger, T., Knauss, H., Gaisbauer, U., Kr&#228;mer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+and+heat+flux+measurements+on+the+surface+of+a+low-aspect-ratio+circular+cylinder+mounted+on+a+ground+plate.">Pressure and heat flux measurements on the surface of a low-aspect-ratio circular cylinder mounted on a ground plate.</a> New Results Num. Exp. Fluid Mech. VI. , 121-128 (2007).</li><li>Martinuzzi, R., AbuOmar, M., Savory, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+of+the+wall+pressure+field+around+surface-mounted+pyramids+and+other+bluff+bodies.">Scaling of the wall pressure field around surface-mounted pyramids and other bluff bodies.</a> J. Fluids Eng. 129, 1147-1156 (2007).</li><li>Taniguchi, S., Sakamoto, H., Kiya, M., Arie, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-averaged+aerodynamic+forces+acting+on+a+hemisphere+immersed+in+a+turbulent+boundary.">Time-averaged aerodynamic forces acting on a hemisphere immersed in a turbulent boundary.</a> J. Wind Eng. Indust. Aerodyn. 9, 257-273 (1982).</li><li>Triep, M., Br&#252;cker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+nature+of+the+glottal+jet.">Three-dimensional nature of the glottal jet.</a> The Journal of the Acoustic. Soc. Am. 127 (3), 1537-1547 (2010).</li><li>Khosla, S., Murugappan, S., Paniello, R., Ying, J., Gutmark, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+vortices+in+voice+production:+normal+versus+asymmetric+tension.">Role of vortices in voice production: normal versus asymmetric tension.</a> Laryngoscope. 119 (1), 216-221 (2009).</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> The Journal of the Acoustical Society of America. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li><li>Raffel, M., Willert, C., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry: A Practical Guide. , (1998).</li><li>Neubauer, J., Zhang, Z., Miraghaie, R., Berry, D. 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> J. Acoustic. Soc. Am. 121 (2), 1102-1118 (2007).</li><li>Krebs, F., Silva, F., Sciamarella, D., Artana, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+study+of+the+glottal+jet.">A three-dimensional study of the glottal jet.</a> Exp. Fluids. 52 (5), 1133-1147 (2011).</li><li>Adrian, R. J., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle image velocimetry. 30, (2010).</li><li>Tobak, M., Peake, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topology+of+three-dimensional+separated+flows.">Topology of three-dimensional separated flows.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 14, 61-85 (1982).</li><li>Zhang, Y., Jiang, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+Spatiotemporal+Chaos+Induced+by+a+Polypoid+Mass+in+the+Excised+Canine+Larynx.">Asymmetric Spatiotemporal Chaos Induced by a Polypoid Mass in the Excised Canine Larynx.</a> Chaos. 18, 43102 (2008).</li><li>D&#233;lery, J. M., Jean, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delery+Toward+the+elucidation+of+three-dimensional+separation.">Delery Toward the elucidation of three-dimensional separation.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 33, 129-154 (2001).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

La comprensión de la formación y propagación de estructuras vorticales de una protuberancia geométrica y su efecto subsecuente sobre las cargas aerodinámicas que impulsan dinámica del doblez vocal, es necesaria proporcionar la penetración y los modelos para avanzar el tratamiento de los pólipos y de los nódulos del doblez vocal. Se espera que las variaciones en las cargas aerodinámicas causadas por el pólipo modelo en este experimento contribuyan a la dinámica irregular del pliegue vocal observada en paciente...

Los pliegues vocales son dos bandas de tejido que se extienden a través de las vías respiratorias vocales. El habla con voz se produce cuando se logra una presión pulmonar crítica, forzando el aire a través de pliegues vocales aducidos. Los pliegues vocales están compuestos por muchas capas de tejido y a menudo están representados por un sistema simplificado de cubierta corporal de doscapas 1. La matriz extracelular, que constituye la mayor parte de la capa de cobertura, está compuesta por fibras de colágeno y elastina, proporcionando características no lineales de tensión-deformación, que son importantes para el correcto movimiento de los pliegues vocales1,2. Las fuerzas aerodinámicas imparten energía al tejido de los pliegues vocales y excitan las oscilaciones autosostenidas3. A medida que los pliegues vocales oscilan, la abertura entre ellos, conocida como la glotis, forma un orificio que varía temporalmente que pasa de un convergente a un uniforme y luego a un pasaje divergente antes de cerrar y repetir el ciclo4,6. Las frecuencias de vibración para el habla normal típicamente abarcan 100-220 Hz en hombres y mujeres respectivamente, creando un campo de flujo pulsátil que pasa a través de la glotis7. El proceso de intercambio de energía fluido-estructura para el habla normal se ha estudiado ampliamente8-12; sin embargo, la interrupción de este proceso para algunas patologías no se entiende bien. Las condiciones patológicas de los pliegues vocales pueden dar lugar a cambios dramáticos en su dinámica y afectar la capacidad de generar el habla expresada.
Los pólipos y los nódulos son anormalidades geométricas que se forman en la superficie medial de los dobleces vocales. Estas anomalías pueden afectar la capacidad del paciente para comunicarse13. Sin embargo, sólo recientemente se ha considerado la interrupción del campo de flujo debido a una protuberancia geométrica como un pólipo14. Ese estudio mostró que el proceso "normal" del energía-intercambio de la líquido-estructura del discurso fue alterado drástico, y que la modificación del campo del flujo era la razón más probable de la degradación severa de la calidad vocal en pacientes con los pólipos y los nódulos. No se ha establecido ninguna comprensión comprensiva de las estructuras del flujo producidas por la separación tridimensional del flujo de un pólipo en flujo pulsátil. La generación y propagación de estructuras vorticales de un pólipo, y su impacto subsecuente en los cargamentos aerodinámicos que conducen dinámica del doblez vocal es un componente crítico necesario para avanzar la remediación quirúrgica de pólipos en pacientes.
Mientras que la separación de flujo de un hemisferoide montado en la pared en flujo constante se ha investigado15-23,sorprendentemente, hay poca información con respecto a la separación de flujo tridimensional inestable de un hemisferoide en una pared sujeta a condiciones de flujo pulsátil o inestable como se encuentran en el habla. El trabajo seminal de Acarlar y Smith15 proporcionó un análisis de las estructuras coherentes tridimensionales generadas por el flujo constante sobre un hemisferoide montado en la pared dentro de una capa límite laminar. Acarlar y Smith identificaron dos tipos de estructuras vorticales. Un vórtice de herradura de pie se formó aguas arriba de la protuberancia hemisférica y se extendió aguas abajo de la protuberancia a cada lado. Además, los vórtices de horquilla fueron vertidos periódicamente del hemisferoide montado en la pared en la estela. El movimiento complejo y la progresión de los vórtices de la horquilla fueron investigados y descritos detalladamente.
El flujo sobre una colina axisymmetric suavemente contorneada se ha estudiado previamente en el que tanto las mediciones de presión estática superficial como la visualización del aceite superficial se adquirieron en y aguas abajo de la protuberancia dentro de un flujo de cizalladura turbulento. Las técnicas de película de aceite permiten la visualización de las líneas de fricción de la piel, las regiones de alta y baja velocidad y los puntos de separación y fijación dentro de un flujo superficial, y son útiles para investigar la estela de un objeto montado en la pared. Para esta técnica, la superficie de interés está recubierta con una película delgada de una mezcla de pigmento de base de aceite y polvo fino (esdecir, lampblack, polvo de grafito o dióxido de titanio). En las condiciones de flujo deseadas, las fuerzas de fricción hacen que el aceite se mueva a lo largo de la superficie, lo que hace que el polvo de pigmento se deposite en rayas. Los puntos críticos o de singularidad, lugares donde la tensión de cizalladura es cero o dos o más componentes de la velocidad media son cero, se pueden clasificar a partir del patrón de línea de fricción de la piel resultante como puntos de sillín o puntos nodales24-26.
Para la geometría de la colina, no se encontró ninguna singularidad causada por la separación aguas arriba; esto se atribuyó al contorno suavemente ascendente de la protuberancia, que no generó el gradiente de presión adverso que se produce con una protuberancia hemisferoide. En consecuencia, se encontró que el flujo se aceleraba hasta el pináculo de la protuberancia, después de lo cual, los puntos de separación inestables de enfoque de silla de montar se desarrollaron poco después de la línea central de la protuberancia, como se esperaría de la formación de un vórtice de horquilla27,28. En un estudio utilizando técnicas experimentales similares con una geometría montada en la pared diferente, la visualización de la película de aceite alrededor de un cubo montado en la superficie en flujo constante realizado por Martinuzzi y Tropea29 mostró dos líneas claras de fricción de la piel aguas arriba del objeto. La primera línea de fricción de la piel correspondió a la línea primaria de la separación causada por el gradiente de presión adverso y la segunda línea de la fricción de la piel marcó la localización tiempo-promediada del vórtice de herradura. Las mediciones de presión superficial realizadas aguas arriba del objeto mostraron un mínimo local a lo largo de la línea de vórtice de herradura y un máximo de presión local entre la separación primaria y las líneas de vórtice de herradura. Se forman líneas de separación aguas arriba similares con otras geometrías montadas en la superficie, incluyendo un cilindro circular, pirámide y cono29-31. La visualización de la superficie aguas abajo de los objetos montados en la pared normalmente muestra dos focos causados por la región de recirculación detrás del objeto30. Dos vórtices se generan en las posiciones de los focos y corresponden al "tipo arco" o vórtice de horquilla visto en la estela de un hemisferoide montado en la pared32.
La velocimetría de imagen de partículas (PIV) se ha utilizado previamente para estudiar el flujo aguas abajo de los modelos de pliegues vocales sintéticos33-35. Piv es una técnica de visualización no invasiva que las imágenes de flujo trazalín el movimiento de partículas dentro de un plano en para capturar la dinámica de fluidos espacio-temporal36. Las estructuras coherentes tridimensionales que se forman aguas abajo de los pliegues vocales oscilantes han sido estudiadas por Neubauer et al. 37; La generación del vórtice y la convección y el aleteo del jet fueron observados. Recientemente, Krebs et al. 38 estudiaron la tridimensionalidad del chorro glótica utilizando PIV estereoscópico y los resultados demuestran la conmutación del eje del chorro glótica. Erath y Plesniak14 investigaron el efecto de un pólipo de pliegue vocal modelo en la superficie medial de un modelo de pliegue vocal dinámicamente impulsado por 7,5 veces. Una región de la recirculación fue formada rio abajo del polyp y la dinámica del jet fue afectada a través del ciclo phonatory. Los estudios anteriores, excepto el estudio conducido del pólipo del doblez vocal por Erath y Plesniak14,no han explorado la dinámica flúida inducida por un pólipo o un nódulo intermedia del doblez vocal.
Es importante entender el efecto dinámico fluido del pólipo modelo dentro de los campos de flujo constante y pulsátil antes de incluir la complejidad adicional de las paredes móviles del pliegue vocal, los gradientes de presión inducidos, el volumen geométrico confinado y otras complejidades. El trabajo actual se centra en la firma de las estructuras de flujo en la pared aguas abajo en condiciones de flujo estables e inestables. Las interacciones entre las estructuras vorticales que se desprenden de una protuberancia y la pared aguas abajo es de gran interés para la investigación de los pólipos del pliegue vocal, así como otras consideraciones biológicas, ya que estas interacciones provocan una respuesta biológica.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="699">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:216px;">Rapid Prototyper</td>
			<td style="width:139px;">Objet</td>
			<td style="width:119px;">Objet24</td>
			<td style="width:227px;">Tray Size (X&#215;Y&#215;Z): 240 &#215; 200 &#215; 150 mm 
			Build layer thickness =&#160; 28 &#181;m&#160; 
			Accuracy = 0.1 mm 
			Build Resolution: X-axis: 600 dpi, Y-axis: 600 dpi, Z-axis: 900 dpi</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Rapid Prototyper Model Material</td>
			<td style="width:139px;">Objet</td>
			<td style="width:119px;">VeroWhite Plus Fullcure 835</td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Rapid Prototyper Support Material</td>
			<td style="width:139px;">Objet</td>
			<td style="width:119px;">FullCure 705 Support</td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Copy Toner</td>
			<td style="width:139px;">Xerox</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Kerosene</td>
			<td style="width:139px;">Sunnyside</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Baby Oil</td>
			<td style="width:139px;">Johnson&#39;s</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:227px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Adhesive Paper</td>
			<td style="width:139px;">Con-Tact Brand</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:227px;">White adhesive covering</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tygon Tubing</td>
			<td style="width:139px;">Tygon</td>
			<td style="width:119px;">PVC Tubing</td>
			<td style="width:227px;">1/16&#34; ID, 3/16&#34;OD</td>
		</tr>
		<tr height="151">
			<td height="151" style="height:151px;width:216px;">Pressure Scanner (16 channel)</td>
			<td style="width:139px;">Scanivalve</td>
			<td style="width:119px;">DSA3217</td>
			<td style="width:227px;">Used for gas pressure measurements 
			Pressure range = +/- 5&#34; H2O 
			Full scale accuracy = +/-0.3% full scale accuracy.&#160; 
			Maximum scan rate = 500 Hz/channel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stainless Steel Tubulations</td>
			<td style="width:139px;">Scanivalve</td>
			<td style="width:119px;">TUBN-063-1.0</td>
			<td style="width:227px;">0.063&#34; Diameter and 1&#34; Length</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

investigating the three-dimensional flow separation induced by a model vocal fold polyp

El proceso del intercambio de energía de la líquido-estructura para el discurso normal se ha estudiado extensivamente, pero no se entiende bien para las condiciones patológicas. Los pólipos y los nódulos, que son las anormalidades geométricas que forman en la superficie intermedia de los dobleces vocales, pueden interrumpir dinámica del doblez vocal y pueden tener así consecuencias devastadoras en un patient' capacidad de s de comunicarse. Nuestro laboratorio ha divulgado medidas del velocimetry de la imagen de la partícula (PIV), dentro de una investigación de un pólipo modelo situado en la superficie intermedia de un modelo in vitro conducido del doblez vocal, que demuestran que tal anormalidad geométrica interrumpe considerablemente el comportamiento glótica del jet. Este ajuste del campo del flujo es una razón probable de la degradación severa de la calidad vocal en pacientes con los pólipos. Una comprensión más completa de la formación y de la propagación de estructuras vorticales de una protuberancia geométrica, tal como un pólipo del doblez vocal, y de la influencia resultante en los cargamentos aerodinámicos que conducen la dinámica del doblez vocal, es necesaria avanzar el tratamiento de esta condición patológica. La actual investigación se refiere a la separación tridimensional del flujo inducida por un hemisferoide montado en la pared del prolato con un cociente de aspecto del 2:1 en flujo cruzado, es decir un polyp modelo del doblez vocal, usando una técnica de la visualización de la aceite-película. La separación de flujo inestable y tridimensional y su impacto de la carga de presión de la pared se examinan utilizando la visualización de la línea de fricción de la piel y las mediciones de presión de la pared.

El trabajo anterior usando un modelo dinámico dinámicamente conducido del doblez de 7,5 veces ha demostrado que la presencia de una protuberancia geométrica, pólipo del doblez vocal del modelo, interrumpe la dinámica normal del jet glótico a través del ciclo phonatory. Los resultados representativos del estudio anterior del modelo de pliegues vocales impulsados se muestran en la Figura 2 y el Video 2. El video muestra el movimiento de los pliegues vocales impulsados a medida que c...

Watch this Scientific Journal Video about Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp at JoVE.com

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

Los pólipos del doblez vocal pueden interrumpir dinámica del doblez vocal y pueden tener así consecuencias devastadoras en un patient' capacidad de s de comunicarse. La separación tridimensional del flujo inducida por un pólipo modelo montado en la pared y su impacto en la carga de la presión de la pared se examinan usando velocimetría de la imagen de la partícula, visualización de la línea de fricción de la piel, y medidas de la presión de la pared.

Investigación De La Separación De Flujo Tridimensional Inducida Por Un Pólipo Modelo De Pliegue Vocal

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

investigating-three-dimensional-flow-separation-induced-model-vocal

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.4K vistas.  The George Washington University. Los pólipos del doblez vocal pueden interrumpir dinámica del doblez vocal y pueden tener así consecuencias devastadoras en un patient' capacidad de s de comunicarse. La separación tridimensional del flujo inducida por un pólipo modelo montado en la pared y su impacto en la carga de la presión de la pared se examinan usando velocimetría de la imagen de la partícula, visualización de la línea de fricción de la piel, y medidas de la presión de la pared.

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

The Three-Dimensional Human Skin Reconstruct Model: a Tool to Study Normal  Skin and Melanoma Progression

Most in vitro studies in experimental skin biology have been done in 2-dimensional (2D) monocultures, while accumulating evidence suggests that cells behave differently when they are grown within a 3D extra-cellular matrix and also interact with other cells (1-5). Mouse models have been broadly utilized to study tissue morphogenesis in vivo. However mouse and human skin have significant differences in cellular architecture and physiology, which makes it difficult to extrapolate mouse studies to humans. Since melanocytes in mouse skin are mostly localized in hair follicles, they have distinct biological properties from those of humans, which locate primarily at the basal layer of the epidermis. The recent development of 3D human skin reconstruct models has enabled the field to investigate cell-matrix and cell-cell interactions between different cell types. The reconstructs consist of a "dermis" with fibroblasts embedded in a collagen I matrix, an "epidermis", which is comprised of stratified, differentiated keratinocytes and a functional basement membrane, which separates epidermis from dermis. Collagen provides scaffolding, nutrient delivery, and potential for cell-to-cell interaction. The 3D skin models incorporating melanocytic cells recapitulate natural features of melanocyte homeostasis and melanoma progression in human skin. As in vivo, melanocytes in reconstructed skin are localized at the basement membrane interspersed with basal layer keratinocytes. Melanoma cells exhibit the same characteristics reflecting the original tumor stage (RGP, VGP and metastatic melanoma cells) in vivo. Recently, dermal stem cells have been identified in the human dermis (6). These multi-potent stem cells can migrate to the epidermis and differentiate to melanocytes.

In this report, we describe the three-dimensional skin reconstruct model which mimics human skin in architecture and composition. Melanocyte physiology, melanoma progression and the fate of dermal stem cells have been investigated using the skin reconstruct model. The model is also useful as a preclinical tool for drug assessment.

La piel humana tridimensional Reconstrucción del modelo: una herramienta para estudiar la piel normal y la progresión del melanoma

Most in vitro studies in experimental skin biology have been done in 2-dimensional (2D) monocultures, while accumulating evidence suggests that cells ...

Investigación

Bioingeniería

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical devices1-3. In this paper, we focus on one- (1D), two- (2D), and three-dimensional (3D) printing of conductive metallic inks in the form of flexible, stretchable, and spanning microelectrodes.
Direct-write assembly4,5 is a 1-to-3D printing technique that enables the fabrication of features ranging from simple lines to complex structures by the deposition of concentrated inks through fine nozzles (~0.1 - 250 &mu;m). This printing method consists of a computer-controlled 3-axis translation stage, an ink reservoir and nozzle, and 10x telescopic lens for visualization. Unlike inkjet printing, a droplet-based process, direct-write assembly involves the extrusion of ink filaments either in- or out-of-plane. The printed filaments typically conform to the nozzle size. Hence, microscale features (&lt; 1 &mu;m) can be patterned and assembled into larger arrays and multidimensional architectures.
In this paper, we first synthesize a highly concentrated silver nanoparticle ink for planar and 3D printing via direct-write assembly. Next, a standard protocol for printing microelectrodes in multidimensional motifs is demonstrated. Finally, applications of printed microelectrodes for electrically small antennas, solar cells, and light-emitting diodes are highlighted.

Planar and three-dimensional printing of conductive metallic inks is described. Our approach provides new avenues for fabricating printed electronic, optoelectronic, and biomedical devices in unusual layouts at the microscale.

Impresión plana y tridimensional de tintas conductoras

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

Synthetic, Multi-Layer, Self-Oscillating Vocal Fold Model 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 material properties 1. Normal voice production relies on healthy tissue and vocal folds, and occurs as a result of complex coupling between aerodynamic, structural dynamic, and acoustic physical phenomena. Voice disorders affect up to 7.5 million annually in the United States alone 2 and often result in significant financial, social, and other quality-of-life difficulties. Understanding the physics of voice production has the potential to significantly benefit voice care, including clinical prevention, diagnosis, and treatment of voice disorders.
Existing methods for studying voice production include in vivo experimentation using human and animal subjects, in vitro experimentation using excised larynges and synthetic models, and computational modeling. Owing to hazardous and difficult instrument access, in vivo experiments are severely limited in scope. Excised larynx experiments have the benefit of anatomical and some physiological realism, but parametric studies involving geometric and material property variables are limited. Further, they are typically only able to be vibrated for relatively short periods of time (typically on the order of minutes).
Overcoming some of the limitations of excised larynx experiments, synthetic vocal fold models are emerging as a complementary tool for studying voice production. Synthetic models can be fabricated with systematic changes to geometry and material properties, allowing for the study of healthy and unhealthy human phonatory aerodynamics, structural dynamics, and acoustics. For example, they have been used to study left-right vocal fold asymmetry 3,4, clinical instrument development 5, laryngeal aerodynamics 6-9, vocal fold contact pressure 10, and subglottal acoustics 11 (a more comprehensive list can be found in Kniesburges et al. 12)
Existing synthetic vocal fold models, however, have either been homogenous (one-layer models) or have been fabricated using two materials of differing stiffness (two-layer models). This approach does not allow for representation of the actual multi-layer structure of the human vocal folds 1 that plays a central role in governing vocal fold flow-induced vibratory response. Consequently, one- and two-layer synthetic vocal fold models have exhibited disadvantages 3,6,8 such as higher onset pressures than what are typical for human phonation (onset pressure is the minimum lung pressure required to initiate vibration), unnaturally large inferior-superior motion, and lack of a "mucosal wave" (a vertically-traveling wave that is characteristic of healthy human vocal fold vibration).
In this paper, fabrication of a model with multiple layers of differing material properties is described. The model layers simulate the multi-layer structure of the human vocal folds, including epithelium, superficial lamina propria (SLP), intermediate and deep lamina propria (i.e., ligament; a fiber is included for anterior-posterior stiffness), and muscle (i.e., body) layers 1. Results are included that show that the model exhibits improved vibratory characteristics over prior one- and two-layer synthetic models, including onset pressure closer to human onset pressure, reduced inferior-superior motion, and evidence of a mucosal wave.

The methodology for fabricating synthetic vocal fold models is described. The models are life-sized and mimic the multi-layer structure of the human vocal folds. Results show the models to self-oscillate at pressures comparable to lung pressure and demonstrate flow-induced vibratory responses that are similar to those of human vocal folds.

Sintético, multi-capa, auto-oscilante Fabricación Vocal Modelo Doble

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 ...

Three-dimensional Cell Culture Model for Measuring the Effects of Interstitial Fluid Flow on Tumor Cell Invasion

The growth and progression of most solid tumors depend on the initial transformation of the cancer cells and their response to stroma-associated signaling in the tumor microenvironment 1. Previously, research on the tumor microenvironment has focused primarily on tumor-stromal interactions 1-2. However, the tumor microenvironment also includes a variety of biophysical forces, whose effects remain poorly understood. These forces are biomechanical consequences of tumor growth that lead to changes in gene expression, cell division, differentiation and invasion3. Matrix density 4, stiffness 5-6, and structure 6-7, interstitial fluid pressure 8, and interstitial fluid flow 8 are all altered during cancer progression.
Interstitial fluid flow in particular is higher in tumors compared to normal tissues 8-10. The estimated interstitial fluid flow velocities were measured and found to be in the range of 0.1-3 &mu;m s-1, depending on tumor size and differentiation 9, 11. This is due to elevated interstitial fluid pressure caused by tumor-induced angiogenesis and increased vascular permeability 12. Interstitial fluid flow has been shown to increase invasion of cancer cells 13-14, vascular fibroblasts and smooth muscle cells 15. This invasion may be due to autologous chemotactic gradients created around cells in 3-D 16 or increased matrix metalloproteinase (MMP) expression 15, chemokine secretion and cell adhesion molecule expression 17. However, the mechanism by which cells sense fluid flow is not well understood. In addition to altering tumor cell behavior, interstitial fluid flow modulates the activity of other cells in the tumor microenvironment. It is associated with (a) driving differentiation of fibroblasts into tumor-promoting myofibroblasts 18, (b) transporting of antigens and other soluble factors to lymph nodes 19, and (c) modulating lymphatic endothelial cell morphogenesis 20.
The technique presented here imposes interstitial fluid flow on cells in vitro and quantifies its effects on invasion (Figure 1). This method has been published in multiple studies to measure the effects of fluid flow on stromal and cancer cell invasion 13-15, 17. By changing the matrix composition, cell type, and cell concentration, this method can be applied to other diseases and physiological systems to study the effects of interstitial flow on cellular processes such as invasion, differentiation, proliferation, and gene expression.

Interstitial fluid flow is elevated in solid tumors and can modulate tumor cell invasion. Here we describe a technique to apply interstitial fluid flow to cells embedded in a matrix and then measure its effects on cell invasion. This technique can be easily adapted to study other systems.

Tridimensional de la célula modelo de cultivo para medir los efectos del flujo del fluido intersticial en la invasión de células tumorales

The growth and progression of most solid tumors depend on the initial transformation of the cancer cells and their response to stroma-associated signaling ...

A Novel Three-dimensional Flow Chamber Device to Study Chemokine-directed Extravasation of Cells Circulating under Physiological Flow Conditions

Extravasation of circulating cells from the bloodstream plays a central role in many physiological and pathophysiological processes, including stem cell homing and tumor metastasis. The three-dimensional flow chamber device (hereafter the 3D device) is a novel in vitro technology that recreates physiological shear stress and allows each step of the cell extravasation cascade to be quantified. The 3D device consists of an upper compartment in which the cells of interest circulate under shear stress, and a lower compartment of static wells that contain the chemoattractants of interest. The two compartments are separated by porous inserts coated with a monolayer of endothelial cells (EC). An optional second insert with microenvironmental cells of interest can be placed immediately beneath the EC layer. A gas exchange unit allows the optimal CO2 tension to be maintained and provides an access point to add or withdraw cells or compounds during the experiment. The test cells circulate in the upper compartment at the desired shear stress (flow rate) controlled by a peristaltic pump. At the end of the experiment, the circulating and migrated cells are collected for further analyses. The 3D device can be used to examine cell rolling on and adhesion to EC under shear stress, transmigration in response to chemokine gradients, resistance to shear stress, cluster formation, and cell survival. In addition, the optional second insert allows the effects of crosstalk between EC and microenvironmental cells to be examined. The translational applications of the 3D device include testing of drug candidates that target cell migration and predicting the in vivo behavior of cells after intravenous injection. Thus, the novel 3D device is a versatile and inexpensive tool to study the molecular mechanisms that mediate cellular extravasation.

The three-dimensional flow chamber device is a novel in vitro technology for the quantitative and step-wise evaluation of the extravasation cascade of cells circulating under conditions of physiological shear stress. The device therefore fills a critical need for basic, preclinical, and clinical studies of cell migration.

Un dispositivo de cámara de flujo tridimensional Novel para el Estudio de quimioquinas-dirigida extravasación de células circulantes en condiciones de flujo fisiológicas

Extravasation of circulating cells from the bloodstream plays a central role in many physiological and pathophysiological processes, including stem cell ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and regenerative medicine. With digital control&#160;cells, scaffolds, and growth factors can be precisely deposited to the desired two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) locations rapidly. Therefore, this technology is an ideal approach to fabricate tissues mimicking their native anatomic structures. In order to engineer cartilage with native zonal organization, extracellular matrix composition (ECM), and mechanical properties, we developed a bioprinting platform using a commercial inkjet printer with simultaneous photopolymerization capable for 3D cartilage tissue engineering. Human chondrocytes suspended in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) were printed for 3D neocartilage construction via layer-by-layer assembly. The printed cells were fixed at their original deposited positions, supported by the surrounding scaffold in simultaneous photopolymerization. The mechanical properties of the printed tissue were similar to the native cartilage. Compared to conventional tissue fabrication, which requires longer UV exposure, the viability of the printed cells with simultaneous photopolymerization was significantly higher. Printed neocartilage demonstrated excellent glycosaminoglycan (GAG) and collagen type II production, which was consistent with gene expression. Therefore, this platform is ideal for accurate cell distribution and arrangement for anatomic tissue engineering.

The methods described in this paper show how to convert a commercial inkjet printer into a bioprinter with simultaneous UV polymerization. The printer is capable of constructing 3D tissue structure with cells and biomaterials. The study demonstrated here constructed a 3D neocartilage.

El cartílago humano Tissue Fabrication Usando tridimensional Tecnología de impresión inyección de tinta

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

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.

Construcción y caracterización de un Fold biorreactor Novela Vocal

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

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic development, wound healing, and immune responses. However, cell migration is also a key mechanism in cancer enabling these cancer cells to detach from the primary tumor to start metastatic spreading. Within the past years various cell migration assays have been developed to analyze the migratory behavior of different cell types. Because the locomotory behavior of cells markedly differs between a two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) environment it can be assumed that the analysis of the migration of cells that are embedded within a 3D environment would yield in more significant cell migration data. The advantage of the described 3D collagen matrix migration assay is that cells are embedded within a physiological 3D network of collagen fibers representing the major component of the extracellular matrix. Due to time-lapse video microscopy real cell migration is measured allowing the determination of several migration parameters as well as their alterations in response to pro-migratory factors or inhibitors. Various cell types could be analyzed using this technique, including lymphocytes/leukocytes, stem cells, and tumor cells. Likewise, also cell clusters or spheroids could be embedded within the collagen matrix concomitant with analysis of the emigration of single cells from the cell cluster/ spheroid into the collagen lattice. We conclude that the 3D collagen matrix migration assay is a versatile method to analyze the migration of cells within a physiological-like 3D environment.

Cell migration is a biological phenomenon that is involved in a plethora of physiological, such as wound healing and immune responses, and pathophysiological processes, like cancer. The 3D-collagen matrix migration assay is a versatile tool to analyze the migratory properties of different cell types within in a 3D physiological-like environment.

Análisis de la migración de células dentro de una matriz de colágeno tridimensional

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models reflect the human wound situation better than animal models. Although two-dimensional models are widely used to investigate processes such as cellular migration and proliferation, models that are more complex are required to gain a deeper knowledge about wound healing. Besides a suitable model system, the generation of precise and reproducible wounds is crucial to ensure comparable results between different test runs. In this study, the generation of a three-dimensional full thickness skin equivalent to study wound healing is shown. The dermal part of the models is comprised of human dermal fibroblast embedded in a rat-tail collagen type I hydrogel. Following the inoculation with human epidermal keratinocytes and consequent culture at the air-liquid interface, a multilayered epidermis is formed on top of the models. To study the wound healing process, we additionally developed an automated wounding device, which generates standardized wounds in a sterile atmosphere.

The goal of this protocol is to build up a three-dimensional full thickness skin equivalent, which resembles natural skin. With a specifically constructed automated wounding device, precise and reproducible wounds can be generated under maintenance of sterility.

Generación de una tridimensional grosor de la piel completa y automatizada Equivalente Heridas

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Development of a Multicellular Three-dimensional Organotypic Model of the Human Intestinal Mucosa Grown Under Microgravity

Because cells growing in a three-dimensional (3-D) environment have the potential to bridge many gaps of cell cultivation in 2-D environments (e.g., flasks or dishes). In fact, it is widely recognized that cells grown in flasks or dishes tend to de-differentiate and lose specialized features of the tissues from which they were derived. Currently, there are mainly two types of 3-D culture systems where the cells are seeded into scaffolds mimicking the native extracellular matrix (ECM): (a) static models and (b) models using bioreactors. The first breakthrough was the static 3-D models. 3-D models using bioreactors such as the rotating-wall-vessel (RWV) bioreactors are a more recent development. The original concept of the RWV bioreactors was developed at NASA&#39;s Johnson Space Center in the early 1990s and is believed to overcome the limitations of static models such as the development of hypoxic, necrotic cores. The RWV bioreactors might circumvent this problem by providing fluid dynamics that allow the efficient diffusion of nutrients and oxygen. These bioreactors consist of a rotator base that serves to support and rotate two different formats of culture vessels that differ by their aeration source type: (1) Slow Turning Lateral Vessels (STLVs) with a co-axial oxygenator in the center, or (2) High Aspect Ratio Vessels (HARVs) with oxygenation via a flat, silicone rubber gas transfer membrane. These vessels allow efficient gas transfer while avoiding bubble formation and consequent turbulence. These conditions result in laminar flow and minimal shear force that models reduced gravity (microgravity) inside the culture vessel. Here we describe the development of a multicellular 3-D organotypic model of the human intestinal mucosa composed of an intestinal epithelial cell line and primary human lymphocytes, endothelial cells and fibroblasts cultured under microgravity provided by the RWV bioreactor.

Cells growing in a three-dimensional (3-D) environment represent a marked improvement over cell cultivation in 2-D environments (e.g., flasks or dishes). Here we describe the development of a multicellular 3-D organotypic model of the human intestinal mucosa cultured under microgravity provided by rotating-wall-vessel (RWV) bioreactors.

Desarrollo de un Modelo Organotípicos multicelular tridimensional de la mucosa intestinal humanas cultivadas en condiciones de microgravedad

Because cells growing in a three-dimensional (3-D) environment have the potential to bridge many gaps of cell cultivation in 2-D environments (e.g., ...

Methods Article

Investigación De La Separación De Flujo Tridimensional Inducida Por Un Pólipo Modelo De Pliegue Vocal