Os autores agradecem Grants R03DC8200, R01DC9616 e R01DC5788 do Instituto Nacional de Surdez e Outros Distúrbios de Comunicação para o apoio ao desenvolvimento do modelo sintético.

A seqüência de fabricação (ver Fig. 1.) Consiste em fazer moldes para camadas do modelo vocal fold, seqüencialmente fundição camadas de silicone, e montagem dos modelos para teste. O modelo tem quatro camadas distintas: corpo, ligamento, superficial da lâmina própria e epitélio, além de uma única fibra. A camada de suporte é adicionado para facilitar a colocação exata das camadas individuais para o modelo da prega vocal. O modelo de definições de parâmetros geométricos são mostrados na figura. 2, com valores de parâmetro para o modelo atual dada na Tabela 1. Nas seções seguintes, as taxas de silicone diferentes de mistura são especificados para as diferentes camadas, as quais produzem as propriedades dos materiais que são semelhantes aos relatados para o tecido vocal humana vezes no regime tensão pequena 13 (ver Tabela 2). 1. Fabricação de moldes e preparação <ol><li> Criar modelos sólidos de três camadas vocal fold: supelâmina própria rficial, ligamento, e as camadas do corpo. Isso geralmente é feito através da criação de 3D computer-aided design (CAD) modelos com geometrias desejadas, exportar os modelos CAD como estereolitografia (STL) arquivos, e enviar os arquivos STL para uma loja de máquinas personalizadas para prototipagem rápida. </li><li> Criar um formulário molde em forma de caixa usando finos pedaços de material acrílico. Dimensões aproximadas (não críticos) são 2,54 centímetros x 5,72 centímetros de alta largura x 6,35 centímetros de profundidade. Fazer a parte inferior do formulário, aderindo a um chapa de acrílico plana. Vedação de todas as bordas interior com graxa de vácuo. </li><li> Coloque uma pequena quantidade de graxa de vácuo no lado lateral do modelo sólido da geometria desejada (ou seja, o corpo, o ligamento, ou a lâmina superficial). Pressione modelo em fundo de cavidade de molde forma, lado a vácuo gordura para baixo, de modo que a graxa de vácuo mantém a peça no lugar. Liberalmente forma molde casaco e modelo sólido com o agente de liberação. Usando um pincel, certifique-se agente de liberação alcança todos os cantos doforma da cavidade do molde. </li><li> Misturar 10 partes A e B uma parte do Smooth-Sil borracha de silicone platina 950 (partes medido por peso) em um recipiente que tem espaço suficiente para expansão. Para remover bolhas de ar formam o molde lugar com borracha de silicone não curado em uma câmara de vácuo e reduzir a pressão (por exemplo, para cerca de 26 polegadas Hg abaixo da pressão atmosférica) para cerca de três minutos (ou mais ou menos como necessário). Remover silicone desgaseificados da câmara e despeje em forma de cavidade do molde. Molde de silicone não curado com lugar no vácuo da câmara e desgaseificar novamente. Remover da câmara de vácuo e colocar em superfície plana. Deixar curar por 24 horas e remover o molde da forma do molde. </li><li> Repita os passos 1.1 a 1.4 para criar moldes para cada um dos superficial da lâmina própria, ligamento, e as camadas do corpo. </li><li> Cortar o molde camada de ligamento no centro da superfície medial no sentido ântero-posterior com uma navalha para permitir a inserção de fibra. </li></ol> 2. Lançando of cada camada <ol><li> Camada de corpo: Aplicar fina camada de agente de liberação a cavidade do molde do corpo com pincel. Misture uma parte B e uma parte A do Ecoflex 00-30 Silicone Platinum Supersoft (em peso). Adicionar um Thinner Silicone parte (em peso) para reduzir a rigidez da eventual cura do material. Misture por 30 segundos e coloque em câmara de vácuo por um minuto para remover o ar aprisionado. Retire a mistura do vácuo e despeje na cavidade do molde do corpo, mas não encha até ao topo da cavidade do molde inteiro. Coloque no forno a 250 ° C por 30 minutos. Retire do forno e deixe esfriar. </li><li> Fazendo: Mix B um lado, e uma parte A do Dragão Pele e adicione um Thinner Silicone parte (em peso). Misturar vigorosamente por 30 segundos, coloque no vácuo por 1 minuto, e despeje na cavidade do molde corpo até total. Coloque no forno a 250 ° C por 30 minutos. Remover o molde do forno e deixe esfriar. Remover modelo a partir de molde, deixe esfriar à temperatura ambiente, e remover qualquer agente de liberação na superfície doa camada de corpo com toalha de papel. </li><li> Camada de ligamento: Aplicar fina camada de agente de liberação no ligamento superfície da cavidade do molde com pincel. Coloque um fio de 30 cm no molde, empurrando-a para o corte da navalha. Misturar uma parte B e uma parte A do Ecoflex 00-30 e quatro partes de Thinner Silicone (em peso). Lugar na câmara de vácuo para remover bolhas de ar e despeje a mistura na cavidade do molde ligamento. </li><li> Ligamento Layer (continuação): modelo de Imprensa corpo de apoio (de Passos 2.1.1 e 2.1.2) na cavidade do molde ligamento. Comece a inserção de um lado e suavemente move para o outro, para que o modelo empurra o excesso de silicone não curado e bolhas de ar para fora da cavidade do molde. Se bolhas de ar estão presentes, remova o modelo da cavidade do molde, encher com silicone não curado, e repetir pressionando modelo no molde. Molde coloque no forno por 30 minutos, retire e deixe esfriar à temperatura ambiente. Remover modelo a partir do molde. Remover agente de liberação em excesso com toalha de papel. </li><li> Camada superficial Lamina Propria: Aplicar fina camada de agente de liberação na superifical superficial de lâmina própria cavidade (SLP) molde com pincel. Misture uma parte B, uma parte A do Ecoflex 00-30, e 8 partes Thinner Silicone em peso. Vácuo, como feito anteriormente e despeje em cavidade do molde SLP. Use o mesmo processo descrito no Passo 2.1.4 para inserir o modelo de corpo ligamento backing-na cavidade do molde superficial da lâmina própria. Coloque em um forno a 250 ° F e cura para uma hora. Retire do forno e deixe esfriar. Remover modelo devagar e com extremo cuidado para que a lâmina superficial permanece intacta. </li><li> Camada de epitélio: Coloque modelo das pregas vocais sobre uma superfície plana com o apoio para baixo. Remover o material de apoio com uma navalha. Suspender tópicos no ar, anexando-os a um objeto de maior altura do que o modelo. Misture uma parte B e uma parte de A Pele Dragão com uma parte de Thinner Silicone, mix, a vácuo, em seguida, despeje sobre o modelo e permitir que a cura para ahoras e. Repita o processo para criar uma camada mais espessa. Retire o excesso de material com uma navalha. </li><li> Opcional: Se cada camada é desejado para ser uma cor diferente (por inspecção visual de diferentes camadas), adicionar corante à parte B, quer do Ecoflex ou da pele do dragão durante o processo de mistura. </li><li> Opcional: Se os dados de propriedade do material será recolhido, criar amostras de tração e reológicas simultaneamente com a fabricação de cada camada do modelo. Faça isso por vazamento de material não curado extra em moldes de liberação do agente tratados de forma exemplar desejado material de propriedade e tamanho. </li><li> Opcional: Se as medições da espessura da camada são desejados, cortar uma secção transversal do modelo com uma navalha e inspecionar com microscópio. </li></ol> 3. Preparação do modelo final para testes <ol><li> Montar cada modelo completou das pregas vocais em uma placa de acrílico de montagem pela primeira aplicação de uma fina camada de cola de silicone na parte traseira (lateral) e lateral (anterior-posterior superfícies) modelo. Inserir modelo em corte recesso de placa de montagem. Alinhar o modelo de superfície medial com a parte superior da placa de acrílico. Enxugar o excesso de cola. Permitir que cola para cura para uma hora. </li><li> Aplique pó de talco para a superfície do modelo para reduzir a aderência da superfície. </li><li> Para o rastreamento de superfície medial usar uma caneta Sharpie de ponta fina para marcar pontos no modelo. Os melhores resultados ocorrem se a marcação é feita após a aplicação de pó de talco. </li><li> Coloque parafusos longos através dos furos da placa de montagem com as extremidades roscadas apontando para o modelo ao qual o modelo existente serão emparelhados. Lay tópicos sobre os parafusos. Coloque espuma de célula fechada sobre os parafusos para fechar todas as aberturas de ar. </li><li> Par este modelo preparado com outro modelo da prega vocal que tem sido igualmente montado em um suporte de acrílico usando Passos 3.1 e 3.2. Aperte os parafusos para comprimir a espuma e trazer as superfícies medial juntos até o desejo gap pré-vibratória é alcançado. Certifique-se dois conjuntos de fios são colocados over os parafusos e se estendem para fora das placas de acrílico no sentido ântero-posterior. </li><li> Montagem par de pregas vocais no ar tubo de alimentação. </li><li> Amarre os fios anterior para formar um loop. Repita para os segmentos posterior. Pendurar peso desejado nos circuitos simultaneamente. </li><li> Modelos já estão prontos para testes e coleta de dados. </li></ol> 4. Resultados representante Dados de resposta vibratória a partir de um modelo criado usando este processo de fabricação são os seguintes; estes resultados são típicos. Com tensão de aproximadamente 31 g aplicada às fibras, a pressão de início foi de 400 Pa. A uma pressão subglótica de 10% acima da pressão de início (440 Pa), o modelo vibrou em 115 Hz com uma taxa de fluxo glotal de 210 ml / s. Estes valores estão de acordo com os valores reportados para as dos seres humanos (Tabela 3). Usando alta velocidade videoquimografia para analisar movimento do modelo mostraram evidências de uma diferença de fase entre o superior umand margens inferior, ou seja, a margem superior escondido a margem inferior durante a fase aberta do período de vibração (Fig. 3). Trajetórias extraído a partir de imagens estéreo dos pontos aplicados às superfícies medial e inferior do modelo das pregas vocais mostraram que o modelo exibiu um perfil alternada convergente-divergente que é típico da fonação humana, um movimento ondulatório da mucosa, e um menor inferior- movimento superior do que em modelos anteriores (Fig. 4). <img alt="Tabela 1." src="/files/ftp_upload/3498/3498table1.jpg" /> Tabela 1. Valores modelo geométrico parâmetro. <img alt="Tabela2." src="/files/ftp_upload/3498/3498table2.jpg" /> Tabela 2. Relações mistura por peso e resultando módulo de Young das seções individuais do modelo da prega vocal. EF e DS designar silicone feito de Ecoflex e da pele do dragão, Respectivamente 14. <img alt="Tabela 3." src="/files/ftp_upload/3498/3498table3.jpg" /> Tabela 3. Comparação entre humanos e sintéticos das pregas vocais respostas vibratórias. <img alt="Figura 1." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig1.jpg" /> Figura 1. Synthetic processo de fabricação das pregas vocais modelo. CAD-derivadas de modelos sólidos (painel esquerdo) são usados ​​para criar moldes (centro do painel) para cada camada. Cada camada é, então, elenco, começando com a camada de corpo e terminando com a camada de epitélio (painel à direita, com cada camada &quot;descascaram&quot; para a visibilidade). Após a fabricação, os modelos são montados em placas de acrílico para o teste. <img alt="Figura 2." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig2.jpg" /> Figura 2. Synthetic seção transversal das pregas vocais modelo. Corpo distinto, lâmina superficial, ligcamadas Ament, e epitélio são mostrados. Parâmetros definem a geometria do modelo da prega vocal. Este número é escalado para a representação clara de definições geométricas. Aplicação dos valores dos parâmetros apresentados na Tabela 1 irá resultar em uma forma ligeiramente diferente do que é mostrado aqui. <img alt="Figura 3." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig3.jpg" /> Figura 3. Kymogram de alta velocidade de vibração do modelo. Estimativas para a localização das margens superior e inferior são mostrados na cor linhas pontilhadas. Diferenças de fase entre as margens inferior e superior são evidentes. <img alt="Figura 4." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig4.jpg" /> Figura 4. Medial perfil da superfície do modelo sintético vocal fold em um arranjo hemilaringe, capturadas em dois momentos diferentes de tempo, enquanto vibrando. Marcadores de tinta foram colocados na superfície medial (como shprópria na imagem à direita), fotografada usando dois sincronizados câmeras de alta velocidade, e acompanhados ao longo do ciclo vibratório. O gráfico da esquerda mostra a glote convergentes durante a fase de abertura e do enredo da direita mostra a glote divergentes durante a fase de fechamento.

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

Os autores não têm nada a revelar.

Este método de fabricação sintética vocal rendimentos vezes modelos que exibem modelos de comportamento vibratório semelhante ao da prega vocal humana. O multi-camada resultados conceito em vantagens significativas sobre os projetos anteriores de uma e duas camadas de modelo 3,6,8,15, em termos de pressão reduzida e início do movimento do modelo melhorado (convergente-divergente perfil durante a oscilação, o movimento ondulatório da mucosa e reduziu deslocamentos superiores inferior). O método aqui...

<table border="1"&gt;<tbody&gt;<tr&gt;<td<strong&gt; Nome do reagente</strong</td&gt;<td<strongEmpresa&gt;</strong</td&gt;<td<strong&gt; Número de catálogo</strong</td&gt;<td<strong&gt; Comments</strong</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Graxa de alto vácuo</td&gt;<td&gt; Dow Corning</td&gt;<td&gt; 01018817</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Pol-Ease 2300</td&gt;<td&gt; Polytek</td&gt;<td&gt; Pol-Ease2300-1</td&gt;<td&gt; Desmoldante</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Smooth-Sil 950</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Smooth-Sil 950</td&gt;<td&gt; Moldes de material</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Bomba de Vácuo</td&gt;<td&gt; Edwards</td&gt;<td&gt; E2M2</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Câmara de vácuo</td&gt;<td&gt; Kartell</td&gt;<td&gt; 230</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Gage Pressão</td&gt;<td&gt; Marsh Bellofram</td&gt;<td&gt; 11308252A</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Navalha</td&gt;<td&gt; Husky</td&gt;<td&gt; 008-045-HKY</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Ecoflex 00-30</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Ecoflex 00-30</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Silicone Thinner</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Silicone Thinner</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Dragon Pele</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Dragon Pele 10 RÁPIDA</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Tópico</td&gt;<td&gt; Omega</td&gt;<td&gt; OmegaCrys</td&gt;<td&gt; Use apenas as fibras claras</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Silicone Dye</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Silc Porco Preto</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Silicone Glue</td&gt;<td&gt; Smooth-On</td&gt;<td&gt; Sil-Poxy</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Talco Pó</td&gt;<td&gt; Família Ocidental</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;</tbody&gt;</table

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

Som para a voz humana é produzida através de fluxo induzido por vibração das pregas vocais. As pregas vocais consistem em várias camadas de tecido, cada uma com diferentes propriedades dos materiais 1. Produção normal de voz se baseia em tecidos saudáveis ​​e pregas vocais, e ocorre como resultado de acoplamento complexa entre dinâmicas, aerodinâmica estrutural, acústica e fenômenos físicos. Distúrbios da voz afetar até 7,5 milhões anualmente nos Estados Unidos 2 e muitas vezes resultam em significativa financeira, social, e outros de qualidade de vida dificuldades. Compreender a física da produção de voz tem o potencial de beneficiar significativamente o cuidado de voz, incluindo a prevenção clínica, diagnóstico e tratamento de distúrbios da voz. Métodos existentes para o estudo da produção de voz incluir na experimentação in vivo utilizando seres humanos e animais, na experimentação in vitro utilizando laringes excisadas e modelos sintéticos, e um modelo computacionaling. Devido ao acesso instrumento perigoso e difícil, em experimentos in vivo são severamente limitadas em seu escopo. Experimentos laringe excisadas têm o benefício de algum realismo anatômico e fisiológico, mas estudos paramétricos envolvendo variáveis ​​propriedade geométrica e material são limitadas. Além disso, eles são normalmente apenas capaz de ser vibrada por períodos de tempo relativamente curto (tipicamente da ordem de minutos). Superar algumas das limitações dos experimentos laringe excisadas, sintético vocal fold modelos estão emergindo como uma ferramenta complementar para o estudo da produção da voz. Modelos sintéticos podem ser fabricados com mudanças sistemáticas às propriedades geometria e material, permitindo o estudo da saúde humana e insalubres aerodinâmica da fonação, dinâmica estrutural e acústica. Por exemplo, eles têm sido usados ​​para estudar esquerda-direita a assimetria das pregas vocais 3,4, desenvolvimento de instrumentos clínicos 5, a aerodinâmica da laringe 6-9, vocal pressão de contato fold 10, e acústica subglotal 11 (uma lista mais completa pode ser encontrada em Kniesburges et al. 12) Sintéticos existentes vocal fold modelos, no entanto, quer tenham sido homogênea (uma camada de modelos) ou que tenham sido fabricados usando dois materiais de rigidez diferentes (duas camadas de modelos). Esta abordagem não permite a representação da estrutura multi-camada real das pregas vocais humanas 1, que desempenha um papel central no governo vocal resposta do fluxo induzido por vezes vibratório. Conseqüentemente, uma e duas camadas sintéticas vocal fold modelos têm demonstrado desvantagens 3,6,8, tais como pressões mais elevadas do que o início são típicas para a fonação humana (pressão início é a pressão de pulmão mínimo necessário para iniciar a vibração), anormalmente grandes inferior- movimento superior, e da falta de uma &quot;onda mucosa&quot; (uma onda verticalmente itinerante que é característica da vibração vocal humana saudável vezes). <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Neste papel, fabricação de um modelo com múltiplas camadas de diferentes propriedades do material é descrito. As camadas do modelo simular a estrutura multi-camada das pregas vocais humanas, incluindo epitélio, superficial da lâmina própria (SLP), intermediária e profunda da lâmina própria (isto é, ligamento, uma fibra é incluído para ântero-posterior rigidez) e músculo (isto é, , corpo) camadas 1. Resultados são incluídos que mostram que o modelo apresenta melhores características vibratórias mais antes de uma e duas camadas de modelos sintéticos, incluindo pressão início mais perto do início da pressão humana, a redução de movimento inferior-superior, e evidência de uma onda de mucosa.

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

A metodologia sintética para a fabricação de modelos vocal fold é descrito. Os modelos são em tamanho real e imitar a estrutura multi-camada das pregas vocais humanas. Os resultados mostram os modelos de auto-oscilar em pressões comparáveis ​​à pressão pulmonar e demonstrar o fluxo induzido respostas vibratórias que são semelhantes aos da prega vocal humana.

Sintéticos, Multi-Layer, auto-oscilante Fabricação Modelo Vocal Fold

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 visualizações.  Brigham Young University. A metodologia sintética para a fabricação de modelos vocal fold é descrito. Os modelos são em tamanho real e imitar a estrutura multi-camada das pregas vocais humanas. Os resultados mostram os modelos de auto-oscilar em pressões comparáveis ​​à pressão pulmonar e demonstrar o fluxo induzido respostas vibratórias que são semelhantes aos da prega vocal humana.

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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.

Engenharia bactérias aderentes pela criação de um único sintético 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 ...

Bioengenharia

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.

Produção de seda sintética Aranha em escala de laboratório

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.

Fabricação de chips microfluídicos e método para detectar a gripe

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.

Geração de cisalhamento Adesão Mapa Usando SynVivo Networks microvasculares sintético

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.

Investigando a separação de fluxo tridimensional induzida por um polip de dobra vocal modelo

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.

Construção e Caracterização de um biorreator Fold Novel Vocal

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.

Polimérico Fabrication matriz Microneedle por fotolitografia

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.

Usando biologia sintética para manipular células vivas que fazem interface com materiais programáveis

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.

Fabricação de matriz de cartilagem-derivado Decellularized andaimes

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.

Preparando proteínas que produzem células sintéticas usando extratos bacterianos livres de células, liposomos e transferência de emulsão

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