תהליך ייצור לדגמי קיפול קולי רך במיוחד ללא הדבקה

Patrick Häsner; Peter Birkholz

doi:10.3791/66222

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Summary

מחקר זה מדגים ייצור של דגמי קיפול קולי לא דביקים וסופר-רכים על ידי הצגת דרך ספציפית ליצירת שכבות קיפול הקול, מתן תיאור מפורט של תהליך הייצור ואפיון תכונות הדגמים.

Abstract

מחקר זה נועד לפתח מודלים סופר-רכים ולא דביקים של קיפול קולי לחקר הקול. תהליך הייצור הקונבנציונלי של דגמי קיפול קולי מבוססי סיליקון יוצר דגמים בעלי תכונות לא רצויות, כגון בעיות דביקות ושחזור. מודלים אלה של קיפול קול נוטים להזדקנות מהירה, מה שמוביל להשוואה גרועה בין מדידות שונות. במחקר זה, אנו מציעים שינוי בתהליך הייצור על ידי שינוי סדר השכבות של חומר הסיליקון, מה שמוביל לייצור מודלים לא דביקים ועקביים מאוד של קיפול קולי. אנו גם משווים דגם המיוצר בשיטה זו עם מודל קיפול קולי המיוצר באופן קונבנציונלי ומושפע לרעה מהמשטח הדביק שלו. אנו מפרטים את תהליך הייצור ומאפיינים את מאפייני הדגמים ליישומים פוטנציאליים. תוצאות המחקר מדגימות את יעילותה של שיטת הייצור השונה, ומדגישות את התכונות המעולות של דגמי הקיפול הקולי הלא דביקים שלנו. הממצאים תורמים לפיתוח מודלים מציאותיים ואמינים של קיפול קול למחקר וליישומים קליניים.

Introduction

מודלים של קיפול קול משמשים כדי לדמות ולחקור הפקת קול אנושית בתנאים נורמליים ופתולוגיים ^1,2. אחד האתגרים הגדולים ביותר ביצירת מודלים של קיפול קולי הוא להשיג רכות וגמישות מציאותיות הדומות מאוד לאלה של בני אדם. כדי להשיג תכונות אלה, אלסטומרים סיליקון משמשים לעתים קרובות, אשר מדוללים עם כמויות גבוהות של שמן סיליקון כדי להשיג את מודולי גמישות המתאים ^3,4. גורם מכריע נוסף ביצירת מודלים מציאותיים של קיפול קול הוא שכבות, שכן קפלי קול מורכבים משכבות מרובות של רכות משתנה, הקובעות את תבנית הרטט המושרה על ידי זרימה ואת התדירות שבה הרטט אפשרי.

במחקר זה יצרנו מודל קיפול קולי טיפוסי. השתמשנו בגיאומטריה הנפוצה שסופקה על ידי שרר⁵, המייצגת ממדים אופייניים לקפלי קול גבריים באורך 17 מ"מ לפי ג'אנג⁶ ומורכבת משלוש שכבות: שכבה אחת לשריר הקול (שכבת הגוף), אחת לכל שכבת הרירית (שכבת הכיסוי) ואחת לאפיתל. ניתן לראות את המבנה הזה במבט על חתך העטרה באיור 1.

figure-introduction-1158
איור 1: חתך קורונלי של מודולי הגרון. חתך קורונלי של מודולי הגרון הממחיש את הרוחב הרחב ביותר של קפלי הקול (8.5 מ"מ). כל קפל קולי מורכב משכבת גוף, שכבת כיסוי ושכבת אפיתל. נתון זה שונה^מ-13. הועתק מ- Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. השפעת קירות קנה הנשימה הגליים על לחץ התחלת התנודה של קפלי קול מסיליקון. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) באישור האגודה האקוסטית של אמריקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

פרסומים אחרים משתמשים באופן חלקי רק בשכבה^{אחת 7}, שתי שכבות ללא שכבת אפיתל² או מודל הרירית עם שכבות^{מרובות 3}. בדרך כלל, השכבות יצוקות מבפנים החוצה, כלומר, החל מהשכבה העמוקה ביותר. האפיתל, שהוא דק מאוד בעובי 30 מיקרומטר, נוצק בקצה על כל הגוף כדי לעטוף אותו בעור חסון⁸.

שכבת הכיסוי בדגם היא החלק הרך ביותר, עם מודולוס של יאנג של כ-1.1 kPa⁹. עבור שכבת הגוף, המודולוס המשוער של יאנג בכיוון הרוחבי באמצעות מדידות חוץ גופיות ¹⁰ הוא 2 kPa. In vivo, המודולוס של יאנג של שריר thyroarytenoid עשוי להיות גבוה יותר בשל נוכחות של סיבים בכיוון האורך, כמו גם את המתיחה האפשרית של השריר. כדי להשיג מודולוס נמוך במיוחד זה של יאנג, יש צורך להוסיף כמות גבוהה של שמן סיליקון לתערובת הסיליקון (כ -72%). עם זאת, היצרן ממליץ בחום נגד שימוש בשיעור שמן גדול מ -5%. באופן כללי, הוספת שמן סיליקון לאלסטומר נועדה להגדיל את זמן הזרימה והטפטוף, כמו גם להפחית את התכווצות פולימר הסיליקון שנרפא. זה עוזר לסיליקון לרפא בצורה אחידה יותר, ובכך להפחית את הלחץ בחומר. מטרתו היא לייעל את יכולת התבנית והתכונות של החומר הנרפא, ולא להגביר את רכותו, אם כי זו גם תוצאה. הסיבה לכך היא ששמן סיליקון הוא אינרטי מבחינה כימית, כלומר הוא אינו יכול להתפלמר ואינו משולב ברשת של פולימר סיליקון¹¹. במקום זאת, הוא נשאר כשלב נוזלי במטריצה הפולימרית, מחליש את מבנה הפולימר ברמות גבוהות יותר ועלול לגרום לו להתמוסס מתוך החומר הנרפא ולהיצמד לפני השטח. כתוצאה מכך, תכונות שליליות אחרות כגון הפרעות ריפוי, גיפור לא אחיד, התכווצות כימית ושבריריות אפשריים. מודלים של קיפול קולי עם תכולת שמן סיליקון גבוהה נחקרו לגבי הזדקנות ויכולת שחזור, ונמצא כי קיימת שונות גבוהה בתכונות של דגמים שונים ושינוי בתכונותיהם לאורך זמן¹¹.

בעת ייצור מודלים קיפול קול בדרך הקונבנציונלית ^7,12, הדביקות של שכבת האפיתל יכולה להיות בעיה כפי שהוא יכול להשפיע על הומוגניות של רטט ולהוביל לקרע של אפיתל. למרות שהסיליקון המשמש לייצור האפיתל אינו מדולל, ניתן להניח כי לשמן הדולף משכבת הרירית השכנה יש השפעות דומות על הסיליקון כאילו דולל. בעיית הדביקות טופלה על ידי הוספת אבקות שונות כגון טלק או אבקת פחמן כשכבת ביניים בין הרירית לשכבת האפיתל¹². ייתכן שגישה זו הייתה מוצלחת מכיוון שהשמן נספג חלקית על ידי האבקה וכתוצאה מכך ניתן היה להפחית את הדביקות של משטח האפיתל.

בפרסום זה, אנו מראים כי ניתן לעקוף את בעיית הדביקות על ידי שינוי קל בתהליך ייצור קיפול הקול. על ידי שינוי סדר השכבות והתחלה עם סיליקון אפיתל לא מדולל (מה שנקרא סיליקון סגור), ניתן לייצר מודלים לא דביקים סופר רכים של קיפול קולי. שינוי זה כרוך בסוגים יוצאי דופן של תבניות ושיטות המוצגות ומוסברות בצורה הטובה ביותר בצורה של סרטון. במאמר זה, אנו מתארים בפירוט את תהליך הייצור שלנו ומדגימים כיצד ניתן לאפיין את התכונות של דגמי קיפול הקול ביישום.