Este trabalho é apoiado pela Fundação Nacional de Ciência, Grant No. CBET-1236351 e GW Center for Biomiimetics and Bioinspired Engineering (COBRE).

Neste trabalho, um hemispheróide prolate montado na parede, ou seja, um pólipo de dobra vocal modelo, é posicionado no piso da seção de teste de um túnel de vento tipo sucção com uma razão de contração de 5:1. Separação de fluxo tridimensional instável e seu efeito no carregamento de pressão da parede são investigados usando visualização de fluxo de óleo, medições de pressão da parede e velocimetria de imagem de partículas. As medidas de pressão instáveis são adquiridas usando um transdutor de pressão de varredura de dezesseis canais com sensores de pressão piezoresistive. Os sensores de pressão têm uma resposta de frequência de 670 Hz. As torneiras de pressão estática formadas a partir de tubulações de aço inoxidável são montadas a montante e a jusante do modelo de dobra vocal para facilitar as medidas de pressão da superfície e encanadas ao dispositivo de pressão de varredura. A visualização do fluxo de óleo e as medidas de pressão da superfície não podem ser adquiridas simultaneamente porque o óleo fluiria para as torneiras de pressão causando incrusto.
A seção a seguir fornece o protocolo para configurar e adquirir visualização de filme de óleo e medições de pressão superficial em torno de uma hemispheroid prolate montada na parede. Embora as medições de velocimetria de imagem de partículas de fase e tempo resolvidos estejam sendo adquiridas, a aquisição do PIV não está incluída neste protocolo. Os autores sugerem as referências de Raffel et al. 36 e Adrian e Westerweel39 para uma compreensão aprofundada da configuração experimental do PIV, aquisição de dados e processamento de dados.
1. Gerar Protuberance (ou seja, Model Polyp)
<ol><li>Construa um modelo CAD (Computer-Aided Design, design com auxílio ao computador tridimensional) com a geometria desejada. Gere o modelo de dobra vocal pólipo como um hemisferóide prolate medindo 5,08 cm de comprimento, 2,54 cm de largura e 1,27 cm de altura. Monte uma base quadrada de 2,54 cm que tem 0,64 cm de espessura até a parte inferior do modelo de dobra vocal pólipo. Esta base será usada para ancorar o modelo no piso da seção de teste.</li>
	<li>Exporte o modelo 3D CAD como um arquivo de estereolithografia (STL). O formato de arquivo STL gera a superfície do modelo como uma série de triângulos. Escolha uma resolução adequada para garantir uma superfície lisa no pólipo do modelo. Recomenda-se uma resolução de pelo menos 600 pontos/in.</li>
	<li>Carregue o arquivo STL no software apropriado e imprima o arquivo STL usando uma impressora tridimensional de alta resolução ou protótipor rápido com uma resolução de camada de construção de pelo menos 20 μm.</li>
	<li>A seção de teste do túnel de vento é de aproximadamente 30,48 cm x 30,48 cm x 121,92 cm com uma placa inferior removível, como mostrado na Figura 1. Mote um orifício quadrado de 2,54 cm aproximadamente 0,85 cm de profundidade na placa removível do piso removível do túnel de vento para montar o pólipo da dobra vocal modelo para testes. O orifício deve estar localizado no centro da largura da seção de teste e estar localizado no local a jusante desejado para testes.</li>
</ol>2. Preparação de visualização do fluxo de óleo
<ol><li>Para preparar a seção de teste, cubra a superfície da seção de teste dentro do túnel de vento com papel adesivo branco. Coloque cuidadosamente e suavize o papel adesivo para garantir que o piso da seção de teste não tenha lombadas devido a bolhas de ar ou vincos no papel adesivo. Corte um orifício no papel adesivo acima do orifício quadrado no piso da seção de teste para que a âncora do pólipo modelo se conecte à parede da seção de teste.</li>
	<li>Insira a protuberância (modelo de dobra vocal pól) na posição de âncora para se preparar para o teste. Ver Figura 1.</li>
	<li>Monte uma câmera de alta resolução acima da seção de teste do túnel de vento. Concentre a câmera para o campo de visão escolhido, incluindo o pólipo modelo e a área de teste circundante. Defina os parâmetros de aquisição da câmera para testes. Uma configuração de vídeo deve ser usada para capturar a porção transitória da visualização do fluxo de óleo ou se os fluxos instáveis ou pulsantes são de interesse.</li>
	<li>Prepare a mistura de óleo de visualização de fluxo combinando óleo de bebê, pó de toner de cópia e querosene em uma proporção de 7:1:2 em volume. Por exemplo: combine 35 ml de óleo de bebê, 5 ml de toner em pó e 10 ml de querosene. Misture o óleo do bebê e o pó de toner em um recipiente e mexa até que o toner esteja completamente dissolvido. Em seguida, adicione o querosene e misture bem.</li>
	<li>Transfira a mistura para uma garrafa de spray para fácil aplicação na superfície da seção de teste.</li>
</ol>3. Medições de visualização do fluxo de óleo
<ol><li>Limpe e seque a superfície da seção de teste antes de cada aplicação da mistura de óleo.</li>
	<li>Use a garrafa de spray cheia com a mistura de óleo para pulverizar uma fina e uniforme camada de fluido sobre a seção de interesse. Uma fina camada de mistura de óleo é importante para produzir imagens adequadas de visualização de filme de óleo.</li>
	<li>Inicie a aquisição de imagens ou vídeos na câmera. Inicie a aquisição da câmera antes que o túnel de vento seja ligado para capturar o movimento inicial da mistura de óleo transitório.</li>
	<li>Coloque o túnel de vento de sucção na velocidade desejada. A mistura de óleo começará a fluir ao longo da superfície da seção de teste.</li>
	<li>Uma vez que a mistura de óleo pare de fluir e tenha atingido um estado estável (ou seja, os padrões estão estacionários), ou quando o tempo desejado tiver transcorrido, pare a gravação da câmera e desça o túnel de vento. Nota: O vídeo 1 exibe a mistura de óleo fluindo até que um estado estável seja atingido e o padrão de atrito da pele fique parado. No vídeo, o fluxo está se movendo da esquerda para a direita.</li>
</ol>4. Preparação para medição da pressão da superfície
<ol><li>Prepare a superfície do piso da seção de teste (placa removível) perfurando furos para montagem de tubulações de aço inoxidável (0,16 cm de diâmetro externo e 2,54 cm de comprimento) no piso da seção de teste para construir torneiras de pressão estática. Começando na linha média da posição de âncora do hemispheróide prolate, faça os furos em uma grade que abrange 8,89 cm no sentido spanwise e 22,86 cm rio abaixo com espaçamento de grade de 1,27 cm e espaçamento da grade a jusante de 2,54 cm (ver Figura 1). As tubulações de aço inoxidável têm uma protuberância em uma extremidade para fixar tubos flexíveis e são retas na outra extremidade para montagem. Nota: As torneiras de pressão estática podem ser posicionadas em intervalos mais próximos para uma grade mais fina de locais de aquisição de pressão.</li>
	<li>Monte as tubulações ao redor da posição de âncora da parede montada hemispheroid prolate (ou seja, modelo de dobra vocal pól) na configuração desejada no piso da seção de teste para se preparar para o teste. As tubulações devem ser montadas com o piso da seção de teste.</li>
	<li>Anexar peças de tubulação flexível curta (6,35 cm de comprimento, 0,159 cm de diâmetro interno, tubo de cloreto de polivinil de diâmetro externo de 0,475 cm) das tubulações de aço inoxidável montadas às portas de medição transdutor de pressão de varredura. O transdutor de pressão de varredura tem dezesseis portas de pressão.</li>
</ol>5. Aquisição de medição de pressão superficial
<ol><li>Conecte o transdutor de pressão de digitalização a um computador e configure os parâmetros de aquisição usando o software transdutor de pressão de digitalização. Defina o software de aquisição para adquirir dados a 500 Hz para a duração desejada da aquisição de dados. Nota: Os dados foram adquiridos na taxa máxima de amostragem do transdutor de pressão de digitalização, 500 Hz, devido às pequenas variações de pressão em frequências de baixa oscilação.</li>
	<li>Coloque o túnel de vento de sucção na velocidade desejada.</li>
	<li>Comece a aquisição de medição de pressão. As medidas de pressão podem ser adquiridas simultaneamente com qualquer técnica de diagnóstico de fluxo desejada (por exemplo, PIV, anemometria do doppler laser, anamometria de fio quente, etc.)</li>
</ol>

<ol>
	<li>Hirano, M., Kakita, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cover-body theory of vocal fold vibration. Speech science--recent advances. , 1-46 (1985).</li><li>Gray, S. D., Titze, I. R., Alipour, F., Hammond, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+and+histologic+observations+of+vocal+fold+fibrous+proteins.">Biomechanical and histologic observations of vocal fold fibrous proteins.</a> Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 109 (1), 77-85 (2000).</li><li>Titze, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+physics+of+small-amplitude+oscillation+of+the+vocal+fold.">The physics of small-amplitude oscillation of the vocal fold.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 83 (4), 1536-1552 (1988).</li><li>Boessenecker, A., Berry, D. A., Lohscheller, J., Eysholdt, U., D&#246;llinger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave+properties+of+a+human+vocal+fold.">Mucosal wave properties of a human vocal fold.</a> Acta Acustica. 93 (5), 815-823 (2007).</li><li>Shaw, H. S., Deliyski, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave:+a+normophonic+study+across+visualization+techniques.">Mucosal wave: a normophonic study across visualization techniques.</a> J. Voice. 22 (1), 23-33 (2008).</li><li>Krausert, C. R., Olszewski, A. E., Taylor, L. N., McMurray, J. S., Dailey, S. H., Jiang, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucosal+wave+measurement+and+visualization+techniques.">Mucosal wave measurement and visualization techniques.</a> J. Voice. 25 (4), 395-405 (2010).</li><li>Fant, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+Theory+of+Speech+Production.">Acoustic Theory of Speech Production.</a> Mouton and Co. N. V.: The Hague. , 15-79 (1960).</li><li>Wegel, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+vibration+of+the+larynx.">Theory of vibration of the larynx.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 1, 1-21 (1930).</li><li>Den Berg, J. V. a. n., Zantema, J. T., Doornenbal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+air+resistance+and+the+Bernoulli+effect+of+the+human+larynx.">On the air resistance and the Bernoulli effect of the human larynx.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 29 (5), 626-631 (1957).</li><li>Scherer, R. C., Shinwari, D., De Witt, K. J., Zhang, C., Kucinschi, B. R., Afjeh, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraglottal+pressure+profiles+for+a+symmetric+and+oblique+glottis+with+a+divergence+angle+of+10+degrees.">Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees.</a> TJ. Acoustic. Soc. Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).</li><li>Thomson, S. L., Mongeau, L., Frankel, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerodynamic+transfer+of+energy+to+the+vocal+folds.">Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds.</a> TJ. Acoustic. Soc. Am. 118 (3), 1689-1700 (2005).</li><li>Erath, B. D., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+asymmetric+flow+features+in+a+scaled-up+driven+model+of+the+human+vocal+folds.">An investigation of asymmetric flow features in a scaled-up driven model of the human vocal folds.</a> Exp. Fluids. 49 (1), 131-146 (2010).</li><li>Petrovi&#263;-Lazi&#263;, M., Kosanovi&#263;, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+analysis+findings+in+patients+with+vocal+fold+polyp.">Acoustic analysis findings in patients with vocal fold polyp.</a> Acta Med. Saliniana. 38 (2), 63-66 (2009).</li><li>Erath, B. D., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+laryngeal+flow+fields+induced+by+a+model+vocal+fold+polyp.">Three-dimensional laryngeal flow fields induced by a model vocal fold polyp.</a> Int. J. Heat Fluid Flow. 35, 93-101 (2012).</li><li>Acarlar, M. S., Smith, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+hairpin+vortices+in+a+laminar+boundary+layer.+Part+1.+Hairpin+vortices+generated+by+a+hemisphere+protuberance.">A study of hairpin vortices in a laminar boundary layer. Part 1. Hairpin vortices generated by a hemisphere protuberance.</a> J. Fluid Mech. 175, 1-41 (1987).</li><li>Kawanisi, K., Maghrebi, M. F., Yokosi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+instantaneous+3-D+analysis+of+turbulent+flow+in+the+wake+of+a+hemisphere.">An instantaneous 3-D analysis of turbulent flow in the wake of a hemisphere.</a> Boundary-Layer Meteorol. 64, 1-14 (1992).</li><li>Savory, E., Toy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemisphere+and+hemisphere-cylinders+in+turbulent+boundary+layers.">Hemisphere and hemisphere-cylinders in turbulent boundary layers.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 23, 345-364 (1986).</li><li>Tamai, N., Asaeda, T., Tanaka, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+structures+around+a+hemispheric+hump.">Vortex structures around a hemispheric hump.</a> Boundary-Layer Meteorol. 39, 301-314 (1987).</li><li>Savory, E., Toy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+separated+shear+layers+associated+with+hemispherical+bodies+in+turbulent+boyndary+layers.">The separated shear layers associated with hemispherical bodies in turbulent boyndary layers.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 28, 291-300 (1988).</li><li>Ogawa, T., Nakayama, M., Murayama, S., Sasaki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+of+wind+pressures+on+basic+structures+with+curved+surfaces+and+their+response+in+turbulent+flow.">Characteristics of wind pressures on basic structures with curved surfaces and their response in turbulent flow.</a> J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 38, 427-438 (1991).</li><li>Manhart, M., Wengle, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-eddy+simulation+of+turbulent+bounday+layer+flow+over+a+hemisphere.">Large-eddy simulation of turbulent bounday layer flow over a hemisphere.</a> Direct and Large-Eddy Simulation I: Selected papers from the First ERCOFTAC Workshop on Direct and Large-Eddy Simulation. , 299-301 (1994).</li><li>Manhart, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+shedding+from+a+hemisphere+in+a+turbulent+boundary+layer.">Vortex shedding from a hemisphere in a turbulent boundary layer.</a> Theor. Comp. Fluid Dyn. 12, 1-28 (1998).</li><li>Meroney, R. N., Letchford, C. W., Sarkar, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+numerical+and+wind+tunnel+simulation+of+wind+loads+on+smooth,+rough+and+dual+domes+immersed+in+a+boundary+layer.">Comparison of numerical and wind tunnel simulation of wind loads on smooth, rough and dual domes immersed in a boundary layer.</a> Wind Struct. 5 (2-4), 347-358 (2002).</li><li>Hunt, J. C. R., Abell, C. J., Peterka, J. A., Woo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematical+studies+of+the+flows+around+free+or+surface-mounted+obstacles;+applying+topology+to+flow+visualization.">Kinematical studies of the flows around free or surface-mounted obstacles; applying topology to flow visualization.</a> J. Fluid Mech. 86 (01), 179 (2006).</li><li>Legendre, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignes+de+courant+d'un+ecoulement+permanent:+decollement+et+separation.">Lignes de courant d'un ecoulement permanent: decollement et separation.</a> La Recherche A&#233;rospatiale. 6, 327-335 (1977).</li><li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+Surface+Flow.">Visualization of Surface Flow.</a> Flow Visual. , 82-89 (1987).</li><li>Simpson, R. L., Long, C. H. H., Byun, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+vortical+separation+from+an+axisymmetric+hill.">Study of vortical separation from an axisymmetric hill.</a> Int. J. Heat Fluid Flow. 23 (5), 582-591 (2002).</li><li>Byun, G., Simpson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-pressure+fluctuations+from+separated+flow+over+an+axisymmetric+bump.">Surface-pressure fluctuations from separated flow over an axisymmetric bump.</a> Am. Inst. Aeronaut. Astronaut. J. 48 (10), 2397-2405 (2010).</li><li>Martinuzzi, R., Tropea, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+flow+around+surface-mounted,+prismatic+obstacles+placed+in+a+fully+developed+channel+flow.">The flow around surface-mounted, prismatic obstacles placed in a fully developed channel flow.</a> J. Fluids Eng. 115, 85-92 (1993).</li><li>R&#246;diger, T., Knauss, H., Gaisbauer, U., Kr&#228;mer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+and+heat+flux+measurements+on+the+surface+of+a+low-aspect-ratio+circular+cylinder+mounted+on+a+ground+plate.">Pressure and heat flux measurements on the surface of a low-aspect-ratio circular cylinder mounted on a ground plate.</a> New Results Num. Exp. Fluid Mech. VI. , 121-128 (2007).</li><li>Martinuzzi, R., AbuOmar, M., Savory, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+of+the+wall+pressure+field+around+surface-mounted+pyramids+and+other+bluff+bodies.">Scaling of the wall pressure field around surface-mounted pyramids and other bluff bodies.</a> J. Fluids Eng. 129, 1147-1156 (2007).</li><li>Taniguchi, S., Sakamoto, H., Kiya, M., Arie, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-averaged+aerodynamic+forces+acting+on+a+hemisphere+immersed+in+a+turbulent+boundary.">Time-averaged aerodynamic forces acting on a hemisphere immersed in a turbulent boundary.</a> J. Wind Eng. Indust. Aerodyn. 9, 257-273 (1982).</li><li>Triep, M., Br&#252;cker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+nature+of+the+glottal+jet.">Three-dimensional nature of the glottal jet.</a> The Journal of the Acoustic. Soc. Am. 127 (3), 1537-1547 (2010).</li><li>Khosla, S., Murugappan, S., Paniello, R., Ying, J., Gutmark, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+vortices+in+voice+production:+normal+versus+asymmetric+tension.">Role of vortices in voice production: normal versus asymmetric tension.</a> Laryngoscope. 119 (1), 216-221 (2009).</li><li>Drechsel, J. S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+supraglottal+structures+on+the+glottal+jet+exiting+a+two-layer+synthetic,+self-oscillating+vocal+fold+model.">Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model.</a> The Journal of the Acoustical Society of America. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li><li>Raffel, M., Willert, C., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry: A Practical Guide. , (1998).</li><li>Neubauer, J., Zhang, Z., Miraghaie, R., Berry, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+structures+of+the+near+field+flow+in+a+self-oscillating+physical+model+of+the+vocal+folds.">Coherent structures of the near field flow in a self-oscillating physical model of the vocal folds.</a> J. Acoustic. Soc. Am. 121 (2), 1102-1118 (2007).</li><li>Krebs, F., Silva, F., Sciamarella, D., Artana, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+study+of+the+glottal+jet.">A three-dimensional study of the glottal jet.</a> Exp. Fluids. 52 (5), 1133-1147 (2011).</li><li>Adrian, R. J., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle image velocimetry. 30, (2010).</li><li>Tobak, M., Peake, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topology+of+three-dimensional+separated+flows.">Topology of three-dimensional separated flows.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 14, 61-85 (1982).</li><li>Zhang, Y., Jiang, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+Spatiotemporal+Chaos+Induced+by+a+Polypoid+Mass+in+the+Excised+Canine+Larynx.">Asymmetric Spatiotemporal Chaos Induced by a Polypoid Mass in the Excised Canine Larynx.</a> Chaos. 18, 43102 (2008).</li><li>D&#233;lery, J. M., Jean, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delery+Toward+the+elucidation+of+three-dimensional+separation.">Delery Toward the elucidation of three-dimensional separation.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 33, 129-154 (2001).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Compreender a formação e propagação de estruturas vórticas a partir de uma protuberância geométrica e seu efeito subsequente sobre os carregamentos aerodinâmicos que impulsionam a dinâmica da dobra vocal, é necessário fornecer insights e modelos a fim de avançar no tratamento de pólipos e nódulos de dobra vocal. Espera-se que as variações nos carregamentos aerodinâmicos causados pelo pólipo modelo neste experimento contribuam para a dinâmica irregular da dobra vocal observada em pacientes com pólipos<...

As dobras vocais são duas faixas de tecido que se estendem pelas vias aéreas vocais. A fala dublada é produzida quando uma pressão pulmonar crítica é alcançada, forçando o ar através de dobras vocais adugadas. As dobras vocais são compostas de muitas camadas de tecido e são frequentemente representadas por um sistema simplificado de tampa corporal de duas camadas1. A matriz extracelular, que compõe a maior parte da camada de cobertura, é composta de fibras de colágeno e elastina, fornecendo características de tensão não linear, que são importantes para o movimento adequado das dobras vocais1,2. Forças aerodinâmicas transmitem energia ao tecido das dobras vocais e excitam oscilações autossustentadas3. À medida que as dobras vocais oscilam, a abertura entre elas, referida como glottis, forma um orifício temporalmente variado que transita de um convergente para um uniforme e, em seguida, para uma passagem divergente antes de fechar e repetir o ciclo4,6. As frequências de vibração para a fala normal normalmente abrangem 100-220 Hz em machos e fêmeas, respectivamente, criando um campo de fluxo pulsante que passa através do glottis7. O processo de troca de energia de estrutura fluida para a fala normal tem sido estudado extensivamente8-12; no entanto, a interrupção desse processo para algumas patologias não é bem compreendida. As condições patológicas das dobras vocais podem resultar em mudanças dramáticas em sua dinâmica e afetar a capacidade de gerar fala dublada.
Pólipos e nódulos são anormalidades geométricas que se formam na superfície medial das dobras vocais. Essas anormalidades podem afetar a capacidade do paciente de se comunicar13. No entanto, só recentemente a interrupção do campo de fluxo devido a uma protuberância geométrica como um pólipo foi considerada14. Esse estudo mostrou que o processo de troca de energia "normal" de estrutura fluida foi drasticamente alterado, e que a modificação do campo de fluxo foi a razão mais provável para a grave degradação da qualidade vocal em pacientes com pólipos e nódulos. Não foi estabelecida uma compreensão abrangente das estruturas de fluxo produzidas pela separação tridimensional do fluxo de um pólipo no fluxo pulsante. A geração e propagação de estruturas vórticas a partir de um pólipo, e seu impacto subsequente nos carregamentos aerodinâmicos que impulsionam a dinâmica da dobra vocal é um componente crítico necessário para avançar a remediação cirúrgica de pólipos em pacientes.
Embora a separação do fluxo de uma hemisferóide montada na parede em fluxo constante tenha sido investigada15-23, surpreendentemente, há pouca informação sobre a separação instável do fluxo tridimensional de um hemispheróide em uma parede sujeita a condições de fluxo pulsantes ou instáveis, como são encontradas na fala. O trabalho seminal de Acarlar e Smith15 forneceu uma análise das estruturas tridimensionais coerentes geradas pelo fluxo constante sobre uma parede montada hemispheroid dentro de uma camada de limite laminar. Acarlar e Smith identificaram dois tipos de estruturas vórticas. Um vórtice de ferradura em pé foi formado rio acima da protuberância hemisferóide e estendido rio abaixo da protuberância em ambos os lados. Além disso, vórtices de grampo de cabelo eram derramados periodicamente da parede montada hemispheroid para o velório. O movimento complexo e a progressão dos vórtices do grampo foram investigados e descritos em detalhes.
O fluxo sobre uma colina axisymétrica suavemente contornada foi estudado anteriormente no qual tanto as medidas de pressão estática da superfície quanto a visualização do óleo superficial foram adquiridas sobre e a jusante da colisão dentro de um fluxo de cisalhamento turbulento. As técnicas de filme de óleo permitem a visualização de linhas de atrito da pele, regiões de alta e baixa velocidade, e pontos de separação e apego dentro de um fluxo de superfície, e são úteis para investigar a esteira de um objeto montado na parede. Para esta técnica, a superfície de interesse é revestida com uma fina película de uma mistura de óleo-base e pigmento de pó fino(ou seja, lampblack, pó de grafite ou dióxido de titânio). Nas condições de fluxo desejadas, as forças de atrito fazem com que o óleo se mova ao longo da superfície fazendo com que o pó de pigmento seja depositado em listras. Pontos críticos ou singularidade, locais onde o estresse da tesoura é zero ou dois ou mais componentes da velocidade média são zero, podem ser classificados a partir do padrão de linha de atrito da pele resultante como pontos de sela ou pontos nodais24-26.
Para a geometria da colina, nenhuma singularidade causada pela separação foi encontrada rio acima; isso foi atribuído ao contorno suavemente ascendente da colisão, que não gerou o gradiente de pressão adversa que ocorre com uma protuberância hemisferóide. Consequentemente, o fluxo foi encontrado para acelerar até o auge da colisão após o qual, pontos de separação instáveis de foco de sela se desenvolveram pouco depois da linha central da colisão, como seria de esperar da formação de um vórtice de grampo27,28. Em um estudo usando técnicas experimentais semelhantes com uma geometria diferente montada na parede, a visualização de filme de óleo em torno de um cubo montado na superfície em fluxo constante realizado por Martinuzzi e Tropea29 exibiu duas linhas claras de atrito da pele a montante do objeto. A primeira linha de atrito da pele correspondeu à linha de separação primária causada pelo gradiente de pressão adversa e a segunda linha de atrito da pele marcou a localização média do tempo do vórtice da ferradura. As medições de pressão superficial realizadas a montante do objeto mostraram um mínimo local ao longo da linha de vórtice da ferradura e um máximo de pressão local entre as linhas primárias de separação e vórtice da ferradura. Linhas de separação a montante semelhantes são formadas com outras geometrias montadas na superfície, incluindo um cilindro circular, pirâmide e cone29-31. A visualização da superfície a jusante de objetos montados na parede normalmente exibe dois focos causados pela região de recirculação atrás do objeto30. Dois vórtices são gerados nas posições de foco e correspondem ao "tipo arco" ou vórtice de grampo visto na sequência de um hemispheroid montado na parede32.
A velocimetria de imagem de partículas (PIV) tem sido usada anteriormente para estudar o fluxo a jusante dos modelos de dobra vocal sintética33-35. PIV é uma técnica de visualização não invasiva que as imagens fluem o movimento de partículas do rastreador dentro de um plano para capturar a dinâmica do fluido espória-temporal36. Estruturas tridimensionais coerentes que formam a jusante das dobras vocais oscilantes foram estudadas por Neubauer et al. 37; geração de vórtice e convecção e queda de jato foi observada. Recentemente, Krebs et al. 38 estudou a tridimensionalidade do jato glotal usando PIV estereoscópico e os resultados demonstram a comutação do eixo a jato glotal. Erath e Plesniak14 investigaram o efeito de um modelo de dobra vocal na superfície medial de um modelo de dobra vocal de 7,5 vezes dimensionado dinamicamente. Uma região de recirculação foi formada a jusante do pólipo e a dinâmica dos jatos foi afetada durante todo o ciclo de fleução. Os estudos anteriores, com exceção do estudo de pólipo da dobra vocal impulsionada por Erath e Plesniak14,não exploraram a dinâmica fluida induzida por um pólipo ou nódulo da dobra vocal medial.
É importante entender o efeito dinâmico fluido do modelo pólipo dentro de campos de fluxo constantes e pulsantes antes de incluir a complexidade adicional das paredes móveis da dobra vocal, gradientes de pressão induzidos, volume geométrico confinado e outros meandros. O trabalho atual concentra-se na assinatura das estruturas de fluxo na parede a jusante sob condições de fluxo constantes e instáveis. As interações entre as estruturas vorticas que são derramadas de uma saliência e a parede a jusante é de grande interesse para a investigação de pólipos de dobra vocal, bem como outras considerações biológicas, pois essas interações provocam uma resposta biológica.

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

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

O processo de troca de energia de estrutura fluida para a fala normal tem sido estudado extensivamente, mas não é bem compreendido para condições patológicas. Pólipos e nódulos, que são anormalidades geométricas que se formam na superfície medial das dobras vocais, podem interromper a dinâmica da dobra vocal e, portanto, podem ter consequências devastadoras na capacidade de comunicação do paciente. Nosso laboratório relatou medidas de velocimetria de imagem de partículas (PIV), dentro de uma investigação de um modelo de pólipo localizado na superfície medial de um modelo de dobra vocal in vitro, que mostram que tal anormalidade geométrica interrompe consideravelmente o comportamento do jato glotal. Este ajuste de campo de fluxo é uma razão provável para a degradação severa da qualidade vocal em pacientes com pólipos. Uma compreensão mais completa da formação e propagação de estruturas vórticas a partir de uma protuberância geométrica, como um pólipo de dobra vocal, e a influência resultante sobre os carregamentos aerodinâmicos que impulsionam a dinâmica da dobra vocal, é necessária para avançar no tratamento dessa condição patológica. A presente investigação diz respeito à separação tridimensional de fluxo induzida por um hemispheróide prolate montado na parede com uma proporção de 2:1 no fluxo cruzado, ou seja, um pólipo de dobra vocal modelo, usando uma técnica de visualização óleo-filme. Separação de fluxo tridimensional instável e seu impacto da carga de pressão da parede são examinados usando visualização da linha de atrito da pele e medidas de pressão da parede.

Trabalhos anteriores usando um modelo de dobra vocal dimensionada 7,5 vezes em escala dinâmica demonstrou que a presença de uma protuberância geométrica, modelo de dobra vocal, interrompe a dinâmica normal do jato glotal durante todo o ciclo de fleonação. Os resultados representativos do estudo anterior do modelo de dobra vocal impulsionada são exibidos na Figura 2 e no Vídeo 2. O vídeo demonstra o movimento das dobras vocais impulsionadas à medida que mudam de uma geometria c...

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

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

Pólipos de dobra vocal podem interromper a dinâmica da dobra vocal e, portanto, podem ter consequências devastadoras na capacidade de comunicação do paciente. A separação de fluxo tridimensional induzida por um pólipo modelo montado na parede e seu impacto no carregamento de pressão da parede são examinados usando velocimetria de imagem de partículas, visualização da linha de atrito da pele e medidas de pressão da parede.

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. ...

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.4K visualizações.  The George Washington University. Pólipos de dobra vocal podem interromper a dinâmica da dobra vocal e, portanto, podem ter consequências devastadoras na capacidade de comunicação do paciente. A separação de fluxo tridimensional induzida por um pólipo modelo montado na parede e seu impacto no carregamento de pressão da parede são examinados usando velocimetria de imagem de partículas, visualização da linha de atrito da pele e medidas de pressão da parede.

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

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

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

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

A Pele Tridimensional Humanos Reconstruir Modelo: uma Ferramenta para o Estudo da Pele Normal e Progressão Melanoma

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

Bioengenharia

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

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

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

Impressão de planar e tridimensional de tintas condutoras

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

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

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

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

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 ...

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

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

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

Um modelo tridimensional de Cultura Celular para avaliar os efeitos de fluxo de fluido intersticial na invasão da célula tumoral

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

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

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

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

Um dispositivo de câmara de fluxo tridimensional Novel para estudar Chemokine dirigido extravasamento de células circulantes fisiológicos sob condições de fluxo

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

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

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

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

Cartilagem Human Tissue Fabricação Usando tridimensional Inkjet Tecnologia de Impressão

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

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

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

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

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 ...

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

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

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

Análise da migração celular dentro de uma matriz de colagénio tridimensional

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

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

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

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

Geração de espessura completa tridimensional Pele Equivalente e Automated Ferimento

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

Studying Protein Function and the Role of Altered Protein Expression by Antibody Interference and Three-dimensional Reconstructions

A strict management of protein expression is not only essential to every organism alive, but also an important strategy to investigate protein functions in cellular models. Therefore, recent research invented different tools to target protein expression in mammalian cell lines or even animal models, including RNA and antibody interference. While the first strategy has gathered much attention during the past two decades, peptides &#160;mediating a translocation of antibody cargos across cellular membranes and into cells, obtained much less interest. In this publication, we provide a detailed protocol how to utilize a peptide carrier named Chariot in human embryonic kidney cells as well as in primary hippocampal neurons to perform antibody interference experiments and further illustrate the application of three-dimensional reconstructions in analyzing protein function. Our findings suggest that Chariot is, probably due to its nuclear localization signal, particularly well-suited to target proteins residing in the soma and the nucleus. Remarkably, when applying Chariot to primary hippocampal cultures, the reagent turned out to be surprisingly well accepted by dissociated neurons.

Controlling protein expression is not only essential to every organism alive, but also an important strategy to investigate protein functions in cellular models. The protocol presented shows the application of antibody interference in mammalian cells including primary hippocampal neurons and demonstrates the use of three-dimensional reconstructions in studying protein function.

Estudar a função da proteína eo papel da expressão proteína alterada pela interferência de anticorpos e reconstruções tridimensionais

A strict management of protein expression is not only essential to every organism alive, but also an important strategy to investigate protein functions ...