作者は感謝して合成モデル開発の支援のための難聴とその他のコミュニケーション障害の国民の協会からの補助金R03DC8200、R01DC9616、およびR01DC5788を認めます。

製造シーケンス（ 図1参照 ） は 、声帯モデル層のための金型を作る順番にシリコン層をキャスト、およびテストのためのモデルをマウントで構成されています。単繊維に加えて、体、靭帯、表面的な固有層、および上皮：モデルは、4つの層があります。バッキング層は声帯モデルに個々の層の正確な配置を容易にするために追加されます。モデルの幾何学的パラメータの定義を図に示します。 2、表1に示した現在のモデルのパラメータ値を持つ。以下のセクションでは、異なるシリコン混合比率は異なるレイヤに指定され、これらは、（ 表2参照）小さなひずみ領域13に、人間の声帯組織のために報告されたものと類似している材料特性を作り出す。 1。金型製作と準備<ol><li>スーパ：3つの声帯の層のソリッドモデルを作成します。rficial固有層、靭帯、およびボディの層。これは通常、光造形（STL）ファイルとしてCADモデルをエクスポートし、ラピッドプロトタイピングのためのカスタムマシンショップにSTLファイルを送信し、目的のジオメトリを持つ3次元コンピュータ支援設計（CAD）モデルを作成することによって行われます。 </li><li>アクリル素材の薄い部分を使って箱形の金型のフォームを作成します。おおよその寸法は（重要ではない）2.54​​センチの高さである× 5.72センチメートル（幅）× 6.35センチメートル深い。平らなアクリルプレートに付着させてフォームの下部を行います。真空グリースですべての内部エッジを封印。 </li><li>所望の形状のソリッドモデル（すなわち、体、靭帯、または表面的な粘膜固有層）の側面上に真空グリースの少量を置きます。真空グリースは、場所の一部を保持しているように、ダウン、型枠のキャビティの底部に真空グリース側をモデルを押します。離型剤と自由にコートの型枠とソリッドモデル。ペイントブラシを使用して、離型剤は、すべてのコーナーに達する確認型枠の空洞。 </li><li> 10部及び拡大のための十分な部屋を持っているコンテナでスムーズな實950プラチナのシリコーンゴム（重量により測定された部品）の一部のBを混ぜる。真空チャンバ内に未硬化のシリコーンゴムと空気の気泡の位置の型枠を取り外し、約3分（またはそれ以上または以下必要に応じて）のために圧力を（例えば、大気圧下の水銀約26インチまで）削減する。室から脱気したシリコンを取り出して、型枠のキャビティに注ぐ。再び真空槽と脱気に未硬化のシリコーンモールドを置きます。レベルの表面に真空チャンバーと場所から削除します。 24時間の治療法と金型のフォームから金型を削除することができます。 </li><li>繰り返します表面的な固有層、靭帯、およびボディのレイヤーごとに金型を作成するから1.4 1.1を繰り返します。 </li><li>ファイバの挿入を可能にするストレートカミソリで前後方向の内側面​​の中心に靭帯層の金型をカット。 </li></ol> 2。キャスティングOfの各レイヤー<ol><li> ボディ層 ：ペイントブラシでボディの金型キャビティに離型剤の薄層を適用する。一部のBとエコフレックス00から30までスーパーソフトプラチナシリコン（重量）の一部混ぜる。材料の最終的な硬化剛性を減らすために一部のシリコンシンナー（重量）を追加します。捕捉された空気を除去するために1分間の真空チャンバー内で30秒間と場所を一緒に混ぜる。真空から混合物を削除し、ボディの金型キャビティに注ぐが、全体の金型キャビティの上部に記入しないでください。 250 ° Fで30分のオーブンの場所。オーブンと涼しいから取り外します。 </li><li> バッキング ：ドラゴンスキンのミックスつのパートBとの一部と一部のシリコンシンナー（重量）を追加。 30秒、1分間真空中の場所のために積極的に混在させること、および完全なまで身体の金型キャビティに注ぐ。 250 ° Fで30分のオーブンの場所。オーブンと涼しいから金型を削除します。金型からモデルを削除し、室温まで冷却することができます、との表面上の任意の離型剤を取り除くペーパータオルで体の層。 </li><li> 靭帯レイヤ ：ペイントブラシで靭帯の金型キャビティ表面の離型剤の薄層を適用する。西洋かみそりからカットにそれを押すことによって金型で30cmのスレッドを置きます。徹底的に一部のBとエコフレックス00から30とシリコンシンナーの4つの部分（重量）の一部混ぜる。気泡を除去し、靭帯の金型キャビティ内に混合物を注ぐために真空チャンバー内の場所。 </li><li> 靭帯レイヤ（続き）：靭帯の金型のキャビティに圧入体のバッキングモデル（ステップ2.1.1および2.1.2から）。片側に挿入を開始し、ゆっくりとモデルは金型のキャビティの過剰硬化前のシリコーンおよび気泡を押し出すように他に移動する。気泡が存在する場合は、金型のキャビティからモデルを削除し、未硬化のシリコーン充填、および金型に押してモデルを繰り返します。 30分間オーブンで場所のモールドは、取り外し、および室温まで冷却。金型からモデルを削除します。ペーパータオルで余分な離型剤を取り外します。 </li><li> 表面的な粘膜固有層には ：ペイントブラシでsuperifical粘膜固有層（SLP）金型のキャビティ面に離型剤の薄層を適用します。一部のB、重量エコフレックス00から30、および8部のシリコンの薄い一部を混ぜる。真空は、以前に行われ、SLPの金型キャビティに注ぐ。表面的な粘膜固有層の金型キャビティに靭帯 - ボディ - バッキングモデルを挿入するステップ2.1.4で説明したのと同じプロセスを使用してください。 250 ° Fのオーブンで場所と一時間の治療法。オーブンから取り出して、冷まします。表面的な粘膜固有層はそのまま残るようにゆっくりと、細心の注意を払ってモデルを削除します。 </li><li> 上皮層 ：ダウンバッキングで平らな面に置きます声帯モデル。ストレートカミソリでサポート材を取り外します。モデルよりも大きい高さのオブジェクトに添付して空気中のスレッドを中断します。シリコンシンナーの一部、ミックス、真空と一部のBと一部のドラゴンの皮を混ぜて、その後モデルを介して注ぐと上のために治療することができますeの時間。厚い層を作成するプロセスを繰り返します。西洋かみそりと余分な材料を取り外します。 </li><li> オプション ：それぞれの層は異なる色（別の層の目に見える検査するため）であることが必要な場合は、混合プロセス中にエコフレックスまたはドラゴンスキンのどちらかのパートBに染料を追加。 </li><li> オプション ：材料特性のデータを収集する場合は、各モデルの層の製造と同時に引張りおよびレオロジー試験片を作成します。離型剤処理所望の材料特性の試験片の形状と大きさの型に余分な未硬化材料を注ぐことによってこれを行います。 </li><li> オプション ：層の厚さの測定が必要な場合、西洋かみそりとモデルの断面を切り取って、顕微鏡で検査する。 </li></ol> 3。テストのための最終的なモデルの準備<ol><li>最初のバック（横方向）および側面（上のシリコーン接着剤の薄層を適用することにより、アクリル取付板にそれぞれ完成した声帯モデルをマウントします。nterior -後）モデル表面。取付板の凹部カットにモデルを挿入します。アクリル板の上でモデル内側面を合わせます。離れて余分な接着剤を拭いてください。接着剤が1時間治療することができます。 </li><li>表面の粘着性を減らすために、モデルの表面にタルク粉を適用します。 </li><li>内側表面追跡のためにモデル上の点をマークするために細かい点シャーピーペンを使用してください。マーキングは、タルクの粉を塗布した後に行われている場合最良の結果が発生します。 </li><li>既存のモデルがペアリングされるため、モデルの方向を向いねじエンドを取り付けプレートの穴に長いボルトを置きます。ボルト以上のスレッドを置く。任意のエアギャップを閉じるためにボルトを介してクローズドセルフォームを置く。 </li><li>同様にステップ3.1および3.2を使用して、アクリルホルダーにマウントされている別の声帯モデルでは、この準備モデルをペアリング。泡を圧縮し、願望プレ振動ギャップに到達するまで一緒に内側面を持ってネジを締めます。スレッドの両方のセットがOVに配置されていることを確認ERボルトと前後方向にアクリル板から外側に延長する。 </li><li>空気供給管上にマウント声帯ペア。 </li><li>ループを形成するために一緒に前のスレッドを接続します。後部のスレッドに対して、この手順を繰り返します。同時にループ上に所望の重量をハングアップする。 </li><li>モデルは、テストとデータ収集のための準備が整いました。 </li></ol> 4。代表的な結果この製造プロセスを使用して作成された1つのモデルから振動応答のデータは以下の通りです。これらの結果が典型的である。繊維に適用さ約31 gの張力で、発症の圧力が開始圧（440 Pa）を上記の10％のsubglottal圧力400 Paとした、モデルは210ミリリットル/秒の声門流量で115 Hzで振動これらの値は、人間（ 表3）の方に報告された値とよく一致している。モデルの動きを分析するために、高速videokymographyを使用すると、優れた位相差の証拠を示したND劣るマージン、すなわち、上縁は、振動の周期（ 図3）のオープン段階で下縁を隠した。声帯モデルの内側と劣る面に適用されるドットのステレオ画像から抽出された軌道は、モデルは人間の発声の典型的な交互収束 - 発散プロファイル、粘膜波動のような動き、そしてより低い示すことが明らか劣るが、以前のモデルよりも優れた運動（ 図4）。 <img alt="表1。" src="/files/ftp_upload/3498/3498table1.jpg" /> 表1。モデル幾何学的なパラメータ値。 <img alt="表2。" src="/files/ftp_upload/3498/3498table2.jpg" /> 表2。重さと声帯のモデルの個々のセクションのヤング率を結果として得られることにより混合比。エコフレックスとドラゴンスキンから作られたEFとDS指名されたシリコーン、それぞれ14。 <img alt="表3。" src="/files/ftp_upload/3498/3498table3.jpg" /> 表3。人間と人工声帯振動応答の比較。 <img alt="図1。" src="/files/ftp_upload/3498/3498fig1.jpg" /> 図1。合成声帯モデルの製造プロセス。 CAD由来ソリッドモデル（左パネル）がそれぞれの層のための金型を（中央パネル）の作成に使用されます。各レイヤーは、ボディ層をはじめと上皮層（右のパネル、視認性のために&quot;戻って皮をむいた&quot;各レイヤーを持つ）で終わる、キャストされます。製造後は、モデルをテストするためのアクリル板に取り付けられている。 <img alt="図2。" src="/files/ftp_upload/3498/3498fig2.jpg" /> 図2。合成声帯モデルの断面。明確なボディ、表面的な固有層、のらくら過ごす知的障害者、および上皮層が表示されます。パラメータは、声帯モデルのジオメトリを定義します。この図は、幾何学的な定義の明確な表現のためにスケーリングされます。 表1に与えられたパラメータ値のアプリケーションがここに示されているものとは若干異なる形になります。 <img alt="図3。" src="/files/ftp_upload/3498/3498fig3.jpg" /> 図3。モデルの振動の高速kymogram。優れたと劣るマージンの位置の推定値は、色付きの点線で示されています。劣ると優れたマージンの間の位相差は明白です。 <img alt="図4。" src="/files/ftp_upload/3498/3498fig4.jpg" />振動しながら図4。hemilarynxの配置で合成声帯モデルの内側表面形状は、時間の異なる2つのインスタンスで捕獲した。インクマーカーで、shとして（内側表面上に配置された）右の画像で自分の、2つの同期した高速カメラを用いて画像化し、振動サイクルにわたって追跡。左のプロットは、オープニングの段階で収束声門を示し、右のプロットは、クロージングフェーズ中に発散声門を示しています。

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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow-induced+vibratory+response+of+idealized+vs.+magnetic+resonance+imaging-based+synthetic+vocal+fold+models.">Flow-induced vibratory response of idealized vs. magnetic resonance imaging-based synthetic vocal fold models.</a> Journal of the Acoustical Society of America. 128 (3), EL124-EL129 (2010).</li></ol>

著者らは、開示することは何もない。

合成声帯モデルを作製するのは、このメソッドは、人間の声帯に似た振動挙動を示すモデルが得られます。削減発症圧と改良されたモデルの動きの点で以前の1〜2層モデルのデザイン3,6,8,15上の重要な利点、（発振、粘膜波状運動の中に収束-発散プロファイルのマルチレイヤの概念の結果、と）劣る優れた変位を減少させた。ここで紹介する手法は、幾何学の面でやや理想化されたモ...

<table border="1"&gt;<tbody&gt;<tr&gt;<td<strong試薬の&gt;名前</strong</td&gt;<td<strong&gt;会社概要</strong</td&gt;<td<strong&gt;カタログ番号</strong</td&gt;<td<strong&gt;コメント</strong</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;高真空グリース</td&gt;<td&gt;ダウコーニング</td&gt;<td&gt; 01018817</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;ポル - 使いやすさ2300</td&gt;<td&gt; Polytek</td&gt;<td&gt;ポル- Ease2300 - 1</td&gt;<td&gt;離型剤</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;スムーズ實950</td&gt;<td&gt;スムーズオン</td&gt;<td&gt;スムーズ實950</td&gt;<td&gt;金型作りの材料</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;真空ポンプ</td&gt;<td&gt;エドワーズ</td&gt;<td&gt; E2M2</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;真空チャンバー</td&gt;<td&gt;カルテル</td&gt;<td&gt; 230</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;圧力ゲージ</td&gt;<td&gt;マーシュBellofram</td&gt;<td&gt; 11308252A</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;ストレートカミソリ</td&gt;<td&gt;ハスキー</td&gt;<td&gt; 008から045 - HKY</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;エコフレックス00から30</td&gt;<td&gt;スムーズオン</td&gt;<td&gt;エコフレックス00から30</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;シリコーンシンナー</td&gt;<td&gt;スムーズオン</td&gt;<td&gt;シリコーンシンナー</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;ドラゴンスキン</td&gt;<td&gt;スムーズオン</td&gt;<tdFAST&gt;ドラゴンスキン10</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;スレッド</td&gt;<td&gt;オメガ</td&gt;<td&gt; OmegaCrys</td&gt;<td&gt;唯一の明確な繊維を使用してください</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;シリコーンダイ</td&gt;<td&gt;スムーズオン</td&gt;<td&gt; SILC豚ブラック</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;シリコーン接着剤</td&gt;<td&gt;スムーズオン</td&gt;<td&gt; SIL -梅毒に感染した</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt;タルクパウダー</td&gt;<td&gt;欧米のファミリー</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;</tbody&gt;</table

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

人間の声のための音が流れ誘発性声帯振動を介して生成されます。声帯は、組織のいくつかの層、異なる材料特性1との各々で構成されています。通常の発声は、健康な組織と声帯に依存しており、空気力学、構造的なダイナミック、そして音響物理現象との間の複雑な結合の結果として発生します。音声障害は米国だけで2の年間750万まで影響し、しばしば重要な、経済的、社会的、その他のQOLの難しさにつながる。発声の物理を理解することは臨床予防、診断、および音声障害の治療を含め、大幅にボイスケアに利益をもたらす可能性を秘めています。 発声を研究するための既存の方法は、切り出されたlarynxの複数形と合成モデルを用いた in vitro実験で 、人間と動物の被験者を用いた in vivo実験、および計算モデルに含まれていますING。危険と困難な機器へのアクセスのおかげで、in vivoの実験で深刻なスコープに制限されています。切除した喉頭の実験では、解剖学的および生理的リアリズムの利点がありますが、幾何学的および材料プロパティの変数を含むパラメトリック解析は限られている。さらに、彼らは通常、時間の比較的短い期間（通常は分のオーダー）のために振動することのみ可能です。 切除した喉頭の実験のいくつかの制限を克服し、合成声帯モデルは、音声の制作を研究するための補完的なツールとして浮上している。合成モデルは、健康と不健康な人間の発声空気力学、構造力学、および音響の研究を可能にする、幾何学と材料特性の体系的変化に作製することができます。例えば、彼らは3,4、医療機器の開発5、喉頭空気力学6-9、VOCを非対称左右の声帯を研究するために使用されているら倍の接触圧10、及びsubglottal音響11（より包括的なリストがKniesburgesらで見つけることができます。12） 合成声帯モデル、既存の、しかし、いずれの均質されている（1層モデル）または（二層モデル）剛性の異なる二つの材料を用いて製造されている。このアプローチでは、声帯流動誘起振動応答を支配する中心的な役割を果たしている人間の声帯1の実際の多層構造の表現のために許可されていません。その結果、1次元および2層の合成声帯モデルは、（発症の圧力が振動を開始するために必要な最小肺の圧力である）人間の発声のための代表的なものよりも高い発症の圧力などの欠点3,6,8を展示し、不自然に大きな劣る-している優れた運動、そして&quot;粘膜波動&quot;（健康な人間の声帯振動の特徴である縦型進行波）の欠如。 <p本論文ではクラス=&quot;jove_content&quot;&gt;、材料特性の異なる複数の層を持つモデルの製造が記載されている。 、そして筋肉（すなわち、モデル層は上皮を含む人間の声帯、、表面的な粘膜固有層（SLP）、中間および深い粘膜固有層（繊維が前後剛性のために含まれているすなわち、靭帯）の多層構造をシミュレート、体）層1。結果は、モデルが上の改善振動特性を示すことをその番組を含まれている前に1桁および2層の発症の人間の発症の圧力に近い圧力、減少劣る - 優れたモーション、および粘膜波動の証拠を含む合成モデル、。

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

合成声帯モデルを製造するための方法論が説明されています。モデルは等身大であり、人間の声帯の多層構造を模倣する。結果は、モデルは肺の圧力に匹敵する圧力で自己発振し、人間の声帯に似ている流動誘起振動応答を示すことを示しています。

合成、マルチレイヤ、自己発振声帯モデルの作製

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

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.9K ビュー.  Brigham Young University. 合成声帯モデルを製造するための方法論が説明されています。モデルは等身大であり、人間の声帯の多層構造を模倣する。結果は、モデルは肺の圧力に匹敵する圧力で自己発振し、人間の声帯に似ている流動誘起振動応答を示すことを示しています。

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Engineering Adherent Bacteria by Creating a Single Synthetic Curli Operon

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

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

単一の合成Curliオペロンを作成して付着細菌を工学

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

生物工学

Synthetic Spider Silk Production on a Laboratory Scale

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

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

実験室規模の合成クモの糸生産

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

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

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

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

マイクロ流体チップの作製とインフルエンザを検出する方法

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

Generation of Shear Adhesion Map Using SynVivo Synthetic Microvascular Networks

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

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

SynVivo合成微小血管網を利用した剪断接着マップの生成

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

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

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

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

モデルの声帯ポリープによる三次元流分離の調査

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

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

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

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

新規声帯バイオリアクターの構築とキャラクタリゼーション

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

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

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

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

フォトリソグラフィ法により高分子マイクロニードルアレイの作製

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

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

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

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

プログラム可能な材料とのインタフェースリビング細胞を操作するために合成生物学を使用して、

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

Fabrication of Decellularized Cartilage-derived Matrix Scaffolds

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

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

脱軟骨由来のマトリックス足場の作製

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

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

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

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

細胞を含まない細菌抽出物、リポソーム、エマルジョン移動を用いた合成細胞の調製

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