פרויקט זה נתמך על ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG), מענק מס '. ע"א 1639/9-1.

1. עיצוב דגמי קיפול קולי והדפסת תלת מימד של חלקים
<ol><li>צור ייצוג רב שכבתי של הגיאומטריה הנפוצה M5 של קפלי קול סיליקון באמצעות חומרי סיליקון רכים שונים. עצב את החלקים הבודדים באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD). עיין בקובץ קידוד משלים 1, קובץ קידוד משלים 2, קובץ קידוד משלים 3, קובץ קידוד משלים 4, קובץ קידוד משלים 5, קובץ קידוד משלים 6, קובץ קידוד משלים 7, קובץ קידוד משלים 8 לקבלת פרטים. הקבצים נקראים על פי תפקידם במודל ומשמשים בסיס לשלבים הבאים.</li>
	<li>בצע הידור וארגן את הקבצים הדרושים עבור כל שלב בשלב 2. עיין ברשימת החלקים הנדרשים ובכמותם בתרשים משלים 1. ראו תיאור סכמטי של הרכבת עובש באיור משלים 2.</li>
	<li>טען את קבצי STL לתוכנית הדפסה תלת מימדית כדי ליצור קבצי G-code הניתנים לקריאה על ידי מדפסת התלת-ממד.</li>
	<li>הכינו את החומרים (ראו טבלת חומרים) להדפסה התלת-ממדית.<ol><li>עבור קובץ קידוד משלים 2 וקובץ קידוד משלים 5, השתמש בחומר הגורם לקווי שכבה פחות גלויים, כגון חומצה פולילקטית (PLA+) או PC.</li>
		<li>עבור קובץ קידוד משלים 1, השתמש בחומר קשה יותר כגון PLA קשיח או פוליאתילן טרפתאלט גליקול (PETG) בשל רגישותו ללחצים כיפוף. אין הגבלות נוספות על בחירת חומר ההדפסה חלות על החלקים הנותרים.</li>
	</ol></li>
	<li>התאם את ההגדרות של תוכנת הדפסת התלת-ממד עבור מדפסת התלת-ממד המתאימה שנבחרה.<ol><li>עבור קובץ קידוד משלים 2 וקובץ קידוד משלים 5, הגדר גובה שכבה מרבי של 0.1 מ"מ.</li>
		<li>עבור קובץ קידוד משלים 1, הגדר את ערך המילוי ל- 100% ואת תבנית ההדפסה ל- ZigZag כדי להשיג יציבות טובה יותר. כמו כן, הגדר את קטגוריית היצמדות לוחות הבנייה לחצאית במקום שוליים, מכיוון שהגיאומטריה של החלקים תקשה משמעותית על הסרת השוליים .</li>
		<li>עבור החלקים האחרים, השתמש בהגדרות ברירת המחדל ובגובה שכבה של 0.2 מ"מ.</li>
	</ol></li>
	<li>הדפס את החלקים שהוזכרו במדפסת התלת-ממד. נקו את החלקים והסירו עודפי חומר כגון שוליים או שגיאות הדפסה. החליקו את משטחי המגע הפנימיים בנייר זכוכית (שווה או עדין יותר מהמומלץ לפי P1000).</li>
</ol>2. ייצור דגמי הקיפול הקולי
<ol><li>אספו את החלקים והחומרים הבאים ליצירת שכבת הגוף: קול-קיפול-פוזיטיב (2x), כובע vocalis_mold, vocalis_mold-החלק הראשי, גוף vocalis_mold, סיליקון ראשוני, חומר שחרור ודק יותר (ראו טבלת חומרים לפרטים).<ol><li>מרחו מעט חומר שחרור על המשטחים הפנימיים של כל חלקי התבנית.</li>
		<li>מרכיבים את החלק העיקרי והמכסה של התבנית מעל הפוזיטיב ומניחים את חבילת התבנית בסיר המיועד. תקן את היישור של שני חלקי התבנית במידת הצורך. ודאו שהחור בפוזיטיב ליציקת פני הסיליקון כלפי מעלה, ולתבנית יש אחיזה יציבה על משטח שטוח.</li>
		<li>צרו תערובת של הסיליקון הראשוני עם שלושה חלקים של דק יותר (1:1:3), התחילו בשילוב של רכיב A עם המדלל, ולאחר מכן הוסיפו את רכיב B. ערבבו היטב את הרכיבים. כמות כוללת של 6 גרם תערובת סיליקון מספיקה ליציקת שכבת הגוף משני חצאי קיפול קול.</li>
		<li>יש לשאוב את תערובת הסיליקון בתא ואקום בלחץ תת-לחץ מינימלי של -1 בר כדי למנוע היווצרות בועות אוויר בגוף הסיליקון הנרפא.</li>
		<li>יוצקים בזהירות את תערובת הסיליקון השאובקת לחלל התבנית עד שהיא נראית מלאה. מלאו את האזורים שמסביב לסיר התבנית כדי למנוע מתערובת הסיליקון הדקה מאוד לשקוע דרך חיבורי התבנית. בדקו את רמת הסיליקון בזמן הטפטוף והוסיפו עוד במידת הצורך. זמן הטפטוף של תערובת זו הוא בין 1-2 שעות.</li>
		<li>לאחר זמן ריפוי של כ 1 יום, אבל לפחות 8 שעות, להסיר את התבנית, כולל חיובי, מן הסיר. מוציאים את הסיליקון בין התבנית לסיר לפני פתיחת התבנית.</li>
		<li>בעת פתיחת התבנית, תחילה להסיר בזהירות את המכסה החל מהחלק האחורי של חיובי. לאחר מכן, להסיר את הגוף העיקרי של התבנית. הסר בזהירות את עודפי הסיליקון באמצעות אזמל או חותך צד.</li>
	</ol></li>
	<li>הכן את musosa_mold-back, musosa_mold-main-part, ו musosa_mold-גוף חלקים, כמו גם סיליקון משני סוכן שחרור לייצור שכבת אפיתל. (ראה טבלת חומרים). הערה: ניתן להשלים את שלבים 2.1 ו-2.2 (שכבת הגוף והאפיתל) בו-זמנית.<ol><li>מרכיבים את שני חלקי התבנית ומניחים אותם בקליפה. הכינו את החלק הפנימי של התבנית עם חומר שחרור כלשהו, וודאו שהקירות הפנימיים מצופים בהתאם להוראות השימוש של סוכן השחרור המתאים. הניחו לרכיב להתייבש באוויר לזמן קצר לפני שתמשיכו.</li>
		<li>ערבבו חבילה של הסיליקון המשני מבלי להשתמש בדק יותר (1:1:0). אם הוכנסו בועות אוויר לתערובת הסיליקון בזמן הערבוב, יש לנטרל את התערובת כמו בשלב 2.1.4. הערה: שימו לב לזמן הטפטוף הקצר של תערובת זו, שהוא כרבע שעה.</li>
		<li>יוצקים חלק מהתערובת לתוך התבנית ומערבלים אותה מסביב (משאירים את התבנית בקליפה) עד שכל המשטחים הפנימיים מצופים בסיליקון.</li>
		<li>הופכים את התבנית ונותנים לעודפי סיליקון להתנקז החוצה. הדקו את התבנית במצב זה מעל רשת, סורג או בזווית המאפשרת ניקוז סיליקון נוסף.</li>
		<li>למנוע היווצרות של שלוחות בסיליקון במהלך תהליך הריפוי על ידי החלקתו באופן קבוע, במיוחד באזור שבו תעלת האוויר תהיה ממוקמת. הערה: ניתן גם להסיר אותם בזהירות מאוחר יותר עם צבת.</li>
	</ol></li>
	<li>התכוננו לייצור שכבת הביניים של הרירית על ידי הכנת החיובי עם שכבת הסיליקון של הקול משלב 2.1, התבנית שהוכנה עם שכבת האפיתל משלב 2.2, והסיליקון והדק יותר כמפורט בטבלת החומרים.<ol><li>צרו תערובת של הסיליקון הראשוני עם חמישה חלקים של דק יותר (1:1:5), התחילו בשילוב של רכיב A עם המדלל, ולאחר מכן הוסיפו את רכיב B. ערבבו היטב את הרכיבים. כמות כוללת של 4 גרם של תערובת סיליקון מספיק.</li>
		<li>יש לשאוב את תערובת הסיליקון בתא ואקום כמו בשלב 2.1.4.</li>
		<li>ממלאים חלק מתערובת הסיליקון לתוך תבנית הרירית עם סיליקון אפיתל מוכן. הטה את התבנית עד שכל המשטחים הפנימיים של סיליקון האפיתל מכוסים בשכבה דקה של שמן כדי להקל על החדרת החיובי. הערה: אופציונלי: בשל השיעור הגבוה של מדלל, לתערובת יש זמן טפטוף ארוך של מספר שעות שבמהלכן התערובת יכולה להתכווץ באמצעות אידוי. לכן, המתן כ 2-3 שעות לפני שתמשיך עם השלבים הבאים.</li>
		<li>בזהירות להכניס את חיובי עם הגוף הווקאלי לתוך התבנית. אבטחו את החיובי בתבנית, למשל בעזרת מהדק, אם החיובי צף על הסיליקון. בהתאם לכמות הסיליקון שנוספה בעבר, הוא עשוי לברוח בנקודות המילוי.</li>
		<li>ממלאים את התבנית באותו אופן כמו ליציקת שכבת הקול וממלאים בהתאם אם החומר שוקע.</li>
		<li>המתינו 24 שעות לאחר סיום זמן הטפטוף עד שהסיליקון יחלים לחלוטין.</li>
		<li>לאחר 24 שעות, להסיר את הגוף מן התבנית. ראשית, להסיר את התבנית מן הקליפה. לאחר מכן, החל מהחלק האחורי, פתחו את התבנית והסירו גם את החלק העיקרי של התבנית.</li>
		<li>בזהירות להסיר כל סיליקון עודף, לשטוף את פני השטח ולתת לגוף להתייבש.</li>
	</ol></li>
	<li>הרכיבו את שני חצאי הקיפול הקולי במקומות המיועדים לכך במודול המדידה וההרכבה בקובץ קידוד משלים 8. החיבור תוכנן עבור שני ברגי M3 ואומים מרובעים M3 (DIN 562), אך הם אינם חובה.</li>
</ol>

הדפסה תלת מימדית של דגמי קיפול קולי סיליקון רב שכבתיים

<ol>
	<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> J Acoust Soc Am. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li><li>Stevens, K. A., Shimamura, R., Imagawa, H., Sakakibara, K. I., Tokuda, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validating+Stereo-endoscopy+with+a+synthetic+vocal+fold+model.">Validating Stereo-endoscopy with a synthetic vocal fold model.</a> Acta Acustica United with Acustica. 102 (4), 745-751 (2016).</li><li>Murray, P. R., 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=Synthetic,+multi-layer,+self-oscillating+vocal+fold+model+fabrication.">Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication.</a> J Vis Exp. (58), e3498 (2011).</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=Determination+of+superior+surface+strains+and+stresses,+and+vocal+fold+contact+pressure+in+a+synthetic+larynx+model+using+digital+image+correlation.">Determination of superior surface strains and stresses, and vocal fold contact pressure in a synthetic larynx model using digital image correlation.</a> J Acoust Soc Am. 123 (2), 1089-1103 (2008).</li><li>Scherer, R. C., 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=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> J Acoust Soc Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).</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=Mechanics+of+human+voice+production+and+control.">Mechanics of human voice production and control.</a> J Acoust Soc Am. 140 (4), 2614-2635 (2016).</li><li>Birkholz, P., Wang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , 58-66 (2017).</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>Alipour, F., Vigmostad, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+vocal+folds+elastic+properties+for+continuum+modeling.">Measurement of vocal folds elastic properties for continuum modeling.</a> J Voice. 26 (6), e21-29 (2012).</li><li>Chhetri, D. K., Zhang, Z., Neubauer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+young's+modulus+of+vocal+folds+by+indentation.">Measurement of young's modulus of vocal folds by indentation.</a> J Voice. 25 (1), 1-7 (2011).</li><li>H&#228;sner, P., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reproducibility+and+aging+of+different+silicone+vocal+folds+models.">Reproducibility and aging of different silicone vocal folds models.</a> J Voice. , (2023).</li><li>Gabriel, F., H&#228;sner, P., Dohmen, E., Borin, D., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , 221-230 (2019).</li><li>H&#228;sner, P., Prescher, A., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+wavy+trachea+walls+on+the+oscillation+onset+pressure+of+silicone+vocal+folds.">Effect of wavy trachea walls on the oscillation onset pressure of silicone vocal folds.</a> J Acoust Soc Am. 149 (1), 466-475 (2021).</li><li>Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , (2016).</li><li>Boersma, P., Weenink, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Praat,+a+system+for+doing+phonetics+by+computer.">Praat, a system for doing phonetics by computer.</a> Glot. Int. 5, 341-345 (2001).</li><li>Fukui, K., Shintaku, E., Honda, M., Takanishi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+vocal+cord+model+for+anthropomorphic+talking+robot+based+on+human+biomechanical+structure.">Mechanical vocal cord model for anthropomorphic talking robot based on human biomechanical structure.</a> Trans Japan Soc Mech Eng Ser C. 73 (734), 2750-2756 (2007).</li><li>Syndergaard, K. L., Dushku, 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=Electrically+conductive+synthetic+vocal+fold+replicas+for+voice+production+research.">Electrically conductive synthetic vocal fold replicas for voice production research.</a> J Acoust Soc Am. 142 (1), 63 (2017).</li></ol>

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים ידועים או קשרים אישיים שיכלו להשפיע לכאורה על העבודה המדווחת במאמר זה.

תהליך הייצור המוצג כאן כרוך בצעדים קריטיים המשפיעים באופן משמעותי על הצלחתו. ראשית, יש לציין כי תהליך הייצור המוצג אינו פותר את בעיית רוויית השמן בחומר הגוף של קפל הקול אלא עוקף תופעות לוואי שליליות מסוימות. פליטת הגזים וההתכווצות הנלווית אליה וגמישות פני השטח עדיין נמשכים, אם כי במידה פח?...

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.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig01v2.jpg"> 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 שונהמ-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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
פרסומים אחרים משתמשים באופן חלקי רק בשכבהאחת 7, שתי שכבות ללא שכבת אפיתל2 או מודל הרירית עם שכבותמרובות 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.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>ULTIMAKER</td>
			<td></td>
			<td>Type S5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Printing software</td>
			<td>ULTIMAKER CURA</td>
			<td></td>
			<td>Version 5.2.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CAD Software</td>
			<td>Autodesk Inventor&#160;</td>
			<td></td>
			<td>Version 2023</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Speed Camera</td>
			<td>XIMEA GmbH</td>
			<td></td>
			<td>MQ013CG-ON</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLA+ 3D Printer Material&#160;</td>
			<td>eSun</td>
			<td>none</td>
			<td>white</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primary silicone</td>
			<td>KauPo Plankenhorn</td>
			<td>09301-005-000041</td>
			<td>EcoFlex 00-30</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Release Agent</td>
			<td>KauPo Plankenhorn</td>
			<td>09291-006-000001</td>
			<td>UTS Universal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Secondary silicone</td>
			<td>KauPo Plankenhorn</td>
			<td>09301-005-000181</td>
			<td>DragonSkin NV10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone Thinner</td>
			<td>KauPo Plankenhorn</td>
			<td>09301-010-000002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tougth PLA 3D Printer Material&#160;</td>
			<td>BASF</td>
			<td></td>
			<td>black</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

manufacturing process for non-adhesive super-soft vocal fold models

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.

Vocal fold models are used to simulate and investigate human voice production under normal and pathological conditions1,2. One of the biggest challenges in creating vocal fold models is to achieve a realistic softness and flexibility that closely approximates those of humans. To achieve these properties, silicone elastomers are often used, which are diluted with high amounts of silicone oil to achieve the corresponding elasticity moduli3,4. Another crucial factor in creating realistic vocal fold models is layering, as vocal folds consist of multiple layers of varying softness, which determine the pattern of flow-induced vibration and the frequency at which vibration is possible.
In this study, we created a typical vocal fold model. We used the common geometry provided by Scherer5, which represents typical dimensions for male vocal folds with 17 mm length according to Zhang6 and consists of three layers: one layer for the vocalis muscle (body layer), one for the entire mucosal layer (cover layer), and one for the epithelium. This structure can be seen in the coronal cross-section view in Figure 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig01v2.jpg" /> 
Figure 1: Coronal cross-section of the larynx modules. Coronal cross-section of the larynx modules illustrating the widest width of the vocal folds (8.5 mm). Each vocal fold comprises a body layer, a cover layer, and an epithelium layer. This figure has been modified from13. Reproduced from H&#228;sner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Effect of wavy trachea walls on the oscillation onset pressure of silicone vocal folds. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) with the permission of the Acoustical Society of America. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig01large.jpg" target="_blank">Please click here to view a larger version of this figure.</a>
Other publications use partially only one layer7, two layers without epithelium layer2 or model the mucosa with multiple layers3. Usually, the layers are cast from the inside out, i.e., starting with the deepest layer. The epithelium, which is very thin with 30 &#181;m thickness, is cast at the end over the entire body to envelop it with a sturdy skin8.
The cover layer in the model is the softest part, with Young&#39;s modulus of about 1.1 kPa9. For the body layer, the approximate Young&#39;s modulus in the transverse direction using in vitro measurements10 is 2 kPa. In vivo, the Young&#39;s modulus of the thyroarytenoid muscle may be higher due to the presence of fibers in the longitudinal direction as well as the possible tensing of the muscle. To achieve this extremely low Young&#39;s modulus, it is necessary to add a high amount of silicone oil to the silicone mixture (approximately 72%). However, the manufacturer strongly advises against using an oil proportion greater than 5%. In general, the addition of silicone oil to the elastomer is intended to increase flow and drip time, as well as reduce the shrinkage of the cured silicone polymer. It helps the silicone to cure more uniformly, thereby reducing stress in the material. Its purpose is to optimize the moldability and properties of the cured material, rather than to increase its softness, although this is also a consequence. This is because silicone oil is chemically inert, meaning that it cannot polymerize itself and is not integrated into the network of the silicone polymer11. Instead, it remains as a liquid phase in the polymer matrix, weakening the polymer structure at higher levels and potentially causing it to dissolve out of the cured material and adhere to the surface. As a result, other negative properties such as curing disorders, uneven vulcanization, chemical shrinkage, and brittleness are possible. Vocal fold models with high silicone oil contents were investigated with regard to aging and reproducibility, and it was found that there is a high variability in the properties of different models and a change in their properties over time11.
When producing vocal fold models in the conventional way7,12, the stickiness of the epithelial layer can be a problem as it can affect the homogeneity of vibration and lead to rupture of the epithelium. Although the silicone used to make the epithelium is undiluted, it can be assumed that the oil that leaks from the neighboring mucosa layer has similar effects on the silicone as if it had been diluted. The problem of stickiness was addressed by adding various powders such as talcum or carbon powder as an intermediate layer between the mucosa and the epithelial layer12. This approach may have been successful because the oil was partially absorbed by the powder and, as a result, the stickiness of the epithelial surface could be reduced.
In this publication, we show that the problem of stickiness can be circumvented by a slight modification of the process of vocal fold manufacturing. By changing the order of layering and starting with the undiluted epithelial silicone (so-called closed silicone), non-sticky super-soft vocal fold models can be produced. This change involves unusual types of molds and methods that are best presented and explained in the form of a video. In this paper, we describe our manufacturing process in detail and demonstrate how the properties of the vocal fold models can be characterized in an application.

מחבר זרקור: התקדמות בייצור מודלים סינתטיים של קיפול קול עבור יישומים פונטיים ורובוטיים

תהליך ייצור לדגמי קיפול קולי רך במיוחד ללא הדבקה

Our research aims at improving the manufacturing process of synthetic vocal folds. Such models can be used in basic phonetic and voice research, in medical research, and to create models of the human vocal tract that produce speech like human beings. Synthetic vocal fold models are usually made of multiple layers of soft silicone with different degrees of softness.They correspond to the properties of human vocal fold tissue. The technologies used to make these models include computer-aided design, 3D printing, and silicone casting. Highly diluted silicone vocal fold models have reduced quality due to stickiness and rapid aging.This decreases the reproducibility of research using these models. This protocol addresses the issue of vocal fold stickiness. We have reversed the order of producing the silicone layers in our fabrication process.We started with the epithelium layer. This allowed us to create a very soft mucosal layer from diluted silicone without causing the epithelium layer to become sticky.

מודל קיפול הקול המפוברק שולב במערך המדידה המתואר באיור משלים 3 בתנוחת קפלי הקול. המערך, שפורט בהרחבה בפרסום קודם13, כולל מקור זרימת אוויר רב-שלבי הניתן לשליטה המגרה את דגמי הקיפול הקולי לתנודה, יחד עם מערך של מכשירי מדידה המתעדים נתונים כגון לחץ קול, לחץ סטטי במיקומים ס...

Watch this Scientific Journal Video about Manufacturing Process for Non-Adhesive Super-Soft Vocal Fold Models at JoVE.com

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.

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal ...

מטרת המחקר שלנו היא לשפר את תהליך הייצור של קפלי קול סינתטיים. מודלים כאלה יכולים לשמש במחקר פונטי וקולי בסיסי, במחקר רפואי, וליצור מודלים של מערכת הקול האנושית המפיקים דיבור כמו בני אדם. דגמי קיפול קול סינתטי עשויים בדרך כלל משכבות מרובות של סיליקון רך בדרגות רכות שונות.הם תואמים את המאפיינים של רקמת קפל הקול האנושי. הטכנולוגיות המשמשות לייצור מודלים אלה כוללות תכנון בעזרת מחשב, הדפסה תלת ממדית ויציקת סיליקון. דגמי קיפול קולי סיליקון בדילול גבוה סובלים מאיכות ירודה עקב דביקות והזדקנות מהירה.זה מקטין את יכולת השחזור של מחקר באמצעות מודלים אלה. פרוטוקול זה מטפל בסוגיית דביקות קפל הקול. הפכנו את סדר הייצור של שכבות הסיליקון בתהליך הייצור שלנו.התחלנו עם שכבת האפיתל. זה איפשר לנו ליצור שכבה רירית רכה מאוד מסיליקון מדולל מבלי לגרום לשכבת האפיתל להיות דביקה.

manufacturing-process-for-non-adhesive-super-soft-vocal-fold-models

Research

JoVE Journal

Engineering

Manufacturing Process for Non-Adhesive Super-Soft Vocal Fold Models

441 Views.  Technische Universität Dresden. מטרת המחקר שלנו היא לשפר את תהליך הייצור של קפלי קול סינתטיים. מודלים כאלה יכולים לשמש במחקר פונטי וקולי בסיסי, במחקר רפואי, וליצור מודלים של מערכת הקול האנושית המפיקים דיבור כמו בני אדם. דגמי קיפול קול סינתטי עשויים בדרך כלל משכבות מרובות של סיליקון רך בדרגות רכות שונות.

Video: מחבר זרקור: התקדמות בייצור מודלים סינתטיים של קיפול קול עבור יישומים פונטיים ורובוטיים

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal fold models results in models with undesirable properties, such as stickiness and reproducibility issues. Those vocal fold models are prone to rapid aging, leading to poor comparability across different measurements. In this study, we propose a modification to the manufacturing process by changing the order of layering the silicone material, which leads to the production of non-sticky and highly consistent vocal fold models. We also compare a model produced using this method with a conventionally manufactured vocal fold model that is adversely affected by its sticky surface. We detail the manufacturing process and characterize the properties of the models for potential applications. The outcomes of the study demonstrate the efficacy of the modified fabrication method, highlighting the superior qualities of our non-sticky vocal fold models.&#160;The findings contribute to the development of realistic and reliable vocal fold models for research and clinical applications.

This study demonstrates the manufacturing of non-sticky and super-soft vocal fold models by introducing a specific way to create the vocal fold layers, providing a detailed description of the manufacturing procedure, and characterizing the properties of the models.