合成多层自振式声带模型的制备

本实验的总体目标是描述并演示一种多层合成自振式声带模型的制备方法。首先根据三维计算机模型制作快速原型正模，然后利用快速原型制作模具负模。

最后，声带模型的每一层均被浇铸成型，包括主体、中央带有纤维的韧带、浅层疏松结缔组织以及上皮层。最终通过比较声门下压力、振动频率、声门气流率及内侧表面运动，结果表明，这种多层合成声带模型在气流诱导下的响应特性与人类声带振动特性相似。与现有的多层模型（如双层模型）相比，这些模型的主要优势在于其结构更接近于人类声带黏膜-肌性结构（VCA），因而更适用于发声机制的研究。

首先，建立声带三层结构的实体模型，包括浅层疏松结缔组织、韧带层和肌体层。通常通过创建具有目标几何形状的三维计算机辅助设计（CAD）模型，将CAD模型导出为立体光刻（STL）文件格式，然后将STL文件发送至定制加工车间进行快速原型制作来完成。

使用薄的丙烯酸材料制作一个盒状模具成型装置。将其切割至所需尺寸。通过真空润滑脂将成型装置底部粘附于一块平整的丙烯酸板上，以构成模具底面。

取少量真空润滑脂涂抹在所需几何形状的实体模型侧面。将模型压入模具型腔底部，使涂有真空润滑脂的一侧朝下，利用真空润滑脂将模型固定到位。使用画笔在模具型腔和实体模型表面充分涂覆脱模剂，确保脱模剂覆盖模具型腔的所有角落。

在容器中混合光滑细胞用九五铂金硅橡胶的A组分10份和B组分1份，容器应能容纳抽真空过程中材料体积的膨胀。为去除气泡，将容器放入真空室，将压力降至约低于大气压26英寸汞柱，持续约3分钟。将脱气后的硅橡胶从真空室中取出，倒入模具型腔中。

将此放入真空室中，并再次进行脱气处理。从真空室中取出模具，放置在水平表面上。静置固化24小时。橡胶固化后，将模具从模具成型件上取下。

重复此过程，为其他每种实体模型几何形状制作模具。所有模具制备完成后，使用直刃剃刀沿内侧表面中心从前向后方向切割韧带层模具，以便插入纤维来浇铸体层。首先，用画笔在体层模具型腔内涂覆一层薄薄的脱模剂。

将 eFlex 0 0 30 超软铂金硅胶的 A 组分和 B 组分各取等量混合。然后加入一份硅胶稀释剂，以降低材料最终固化后的硬度。混合 30 秒后，放入真空腔中抽真空 1 分钟。

为去除截留的空气，将混合物从真空环境中取出，倒入主体模具型腔中，但不要填满至顶部。将模具放入已预热至 200 华氏度的烘箱中，加热 30 分钟。烘烤结束后，将模具从烘箱中取出并冷却。

接下来，通过混合一份B组分和一份A组分的Dragon Skin来制备躯体背衬模型。加入一份硅胶稀释剂，剧烈搅拌30秒。使用真空脱除气泡后，将混合物倒入躯体模具型腔中，直至完全充满。

将模具放入 200 华氏度的烤箱中加热 30 分钟。冷却后，从模具中取出模型。然后用纸巾擦去体层表面的任何脱模剂。

为了制作韧带层，先用画笔在韧带模具型腔表面均匀涂抹一层脱模剂。将一段30厘米长的线从剃须刀片切口处完全推入模具中。按1份B组分和1份A组分的eco Lex 0, 0 30，以及4份硅胶稀释剂的比例进行混合。

将混合物放入真空室中以去除气泡，然后将混合物倒入韧带模具型腔内。将背衬模型压入韧带模具型腔中，从一侧开始插入，并轻轻移向另一侧，使模型将多余的未固化硅胶和气泡从模具型腔中挤出。

烘烤30分钟后，冷却模具并取出模型。用纸巾擦去残留的脱模剂。为浇铸浅表层弹力层（SLP），使用画笔在SLP模具型腔表面均匀涂抹一层薄薄的脱模剂。

按重量比将一份B组分、一份eco flex 0 0 30的A组分和八份硅胶稀释剂混合，经真空脱泡后，将混合物倒入模具型腔中。将韧带体背板模型插入SLP模具型腔中，于200华氏度烘烤一小时后冷却，再缓慢而极其小心地取出模型，以确保浅层固有层保持完整。最后，对于上皮层，将声带模型背面向下放置于平整表面上，用直剃刀去除支撑材料。

通过将线材固定在高于模型的物体上，使其悬挂在空气中。将龙皮（dragon skin）的A组分和B组分各取一份，加入一份硅胶稀释剂（silicone thinner）混合后抽真空，然后浇注到模型上，静置固化1小时。重复此过程以形成更厚的层。待模型完全固化后，用直剃刀去除多余材料，并将每个完成的声带模型安装到亚克力固定板上：首先在模型的外侧及前后面均匀涂上一层薄薄的硅胶胶水。

将模型插入安装板的凹槽切口中，并使模型的内侧表面与亚克力板的顶部对齐。擦去多余的胶水，静置使其固化。一小时内，在模型表面涂抹滑石粉，以降低表面黏性，便于对内侧表面进行追踪。

使用细头记号笔在模型上标记点。涂抹滑石粉后，将长螺栓穿过安装板的孔，螺纹端朝向将与现有模型配对的模型。将螺纹部分覆盖在螺栓上，并在螺栓上放置闭孔泡沫，以封闭所有空气间隙。

将制备好的模型与另一个以相同方式安装在丙烯酸支架上的声带模型配对。拧紧螺丝以压缩泡沫，使内侧表面相互靠拢，直至达到预期的振动前间隙。确保两组线材均放置在螺栓上，并从丙烯酸板向前-后方向向外延伸，然后将声带对安装到气源管上。

将前部缝线打结形成一个环，随后将后部缝线也打结成环，同时在环上悬挂所需重量，然后进行测试和数据采集。使用所制备的模型，在纤维上施加约31克张力的条件下，起振压力为400帕斯卡，声门下压力为起振压力以上10%。该模型的振动频率为115赫兹，声门气流速率为每秒210毫升。

这些数值与人类的相关数值具有良好的一致性。振动模型的高速视频记录显示，其运动比以往的双层模型更加逼真。作为对比。

在这一两层模型上表面的视频中，不存在黏膜波，且在整个振动周期中声门轮廓大多呈发散状。这种两层模型的局限性在半喉配置下两层模型的高速视频记录中更为明显。观察新型多层模型上表面的高速记录视频。

可以观察到黏膜波的存在，且声门轮廓在整个振动周期中不再呈现外展状态。高速摄像记录的新多层模型上方视角的视频图显示，声带的上缘与下缘之间存在相位差。在振动周期的开放阶段，上缘会遮挡下缘。

高速视频显示了新多层模型在半喉配置下的振动情况，提供了更有力的证据，表明该模型具有人类声带特有的黏膜波以及交替的收敛-发散运动。通过提取施加在声带内侧和下表面标记点的立体图像中的振动轨迹，模型显示出与人类发声特征相符的交替性收敛-发散轮廓。

这些点从最低点开始依次标记为 A 到 F。左侧图显示了开启阶段的会聚型声门，右侧图显示了关闭阶段的发散型声门。这种合成声带模型的制备方法所得到的模型，其振动行为与人类声带的振动行为相似。

多层结构概念相较于之前的一层和两层模型设计，在降低启动延迟和改善模型运动性能方面具有显著优势。在实施该过程时，重要的是仅使用必要量的脱模剂，以确保各层之间能够正确粘附。此处。