Name: 非粘性超软人声折叠模型的制造工艺 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-05T14:50:00.000+00:00
Duration: 6 min 24 s
Description: 学习利用计算机辅助设计、3D打印和硅胶铸造技术制造非粘性超软声带模型。该方法通过反转硅胶层制作顺序，解决了传统模型粘性和快速老化问题，为语音学和生物医学研究提供了可靠工具。

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本项目得到了德国研究基金会（DFG）的资助，资助编号为 BI 1639/9-1。

1. 声带模型的设计与部件的3D打印
<ol>
	<li>使用多种软质硅胶材料，创建具有常见M5几何结构的硅胶声带的多层结构模型。利用计算机辅助设计（CAD）软件设计各个部件。具体细节请参见补充代码文件1、补充代码文件2、补充代码文件3、补充代码文件4、补充代码文件5、补充代码文件6、补充代码文件7、补充代码文件8。这些文件根据其在模型中的功能命名，是后续步骤的基础。</li>
	<li>整理并归类第2步中每个步骤所需的文件。参见补充图1中列出的所需部件及其数量。补充图2展示了模具组装的示意图。</li>
	<li>将STL文件导入3D打印程序，生成3D打印机可读的G代码文件。</li>
	<li>准备3D打印所需材料（见材料表）。
	<ol>
		<li>对于补充代码文件2和补充代码文件5，应选用层纹较不明显的材料，例如聚乳酸（PLA+）或聚碳酸酯（PC）。</li>
		<li>对于补充代码文件1，由于其易受弯曲应力影响，应使用较硬的材料，如坚韧型聚乳酸（Tough PLA）或乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETG）。其余部件对打印材料的选择无其他限制。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>根据所选的3D打印机，调整3D打印软件的参数设置。
	<ol>
		<li>对于补充代码文件2和补充代码文件5，设置最大层高为0.1 mm。</li>
		<li>对于补充代码文件1，将填充率设为100%，打印图案设为锯齿形（ZigZag），以提高结构稳定性。同时，将构建平台粘附类型设为“裙边”（Skirt），而非“边框”（Brim），因为部件的几何形状会使去除边框变得极为困难。</li>
		<li>对于其他部件，使用默认设置，层高设为0.2 mm。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在3D打印机上打印上述部件。清理部件，去除多余材料（如边框或打印缺陷）。使用砂纸打磨内部接触面（建议使用P1000或更细的砂纸）。</li>
</ol>
2. 声带模型的制备
<ol>
	<li>准备以下部件和材料以制作声带体层：声带正模（2个）、vocalis_mold-cap、vocalis_mold-main-part、vocalis_mold-hull、主硅胶、脱模剂和稀释剂（详见材料表）。
	<ol>
		<li>将脱模剂均匀涂抹在所有模具部件的内表面。</li>
		<li>将模具的主体部分与盖帽组装在正模上，并将整个模具组件放入指定的容器中。如有必要，调整两个模具部件的对齐位置。确保正模上用于浇注硅胶的孔口朝上，且模具在平坦表面上放置稳固。</li>
		<li>按1:1:3的比例将主硅胶与三份稀释剂混合，首先将组分A与稀释剂混合，随后加入组分B，充分搅拌均匀。总共6 g的硅胶混合物足以用于两个声带半体的体层浇注。</li>
		<li>将硅胶混合物置于真空腔中，在至少-1 bar的负压下进行抽真空处理，以防止固化后的硅胶体内产生气泡。</li>
		<li>小心地将抽过真空的硅胶混合物倒入模具型腔，直至填满。同时填充模具容器周围的区域，以防止极稀的硅胶混合物流过模具接缝处渗漏。在滴落时间内检查硅胶液面，必要时补充添加。该混合物的滴落时间为1–2小时。</li>
		<li>在室温下固化约1天（至少8小时）后，将模具连同正模一起从容器中取出。在打开模具前，先清除模具与容器之间的多余硅胶。</li>
		<li>打开模具时，首先从正模后部开始小心取下盖板，然后移除模具主体部分。使用手术刀或斜口钳小心去除任何多余的硅胶。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>准备musosa_mold-back、musosa_mold-main-part和musosa_mold-hull部件，以及用于制作上皮层的次级硅胶和脱模剂（详见材料表）。 
	注：步骤2.1和2.2（体层与上皮层）可同时进行。
	<ol>
		<li>将两个模具部件组装后放入外壳中。在模具内表面涂抹适量脱模剂，确保按照所用脱模剂的使用说明均匀涂覆内壁。短暂晾干后再进行后续操作。</li>
		<li>按1:1:0的比例配制一批次级硅胶，不使用稀释剂。若在混合过程中引入了气泡，则参照步骤2.1.4进行脱气处理。 
		注：请注意该混合物的滴落时间较短，约为15分钟。</li>
		<li>将部分混合物倒入模具中，并轻轻旋转模具（保持模具在外壳内），使所有内表面均被硅胶均匀覆盖。</li>
		<li>将模具翻转，让多余的硅胶流出。将模具固定在此位置，置于网筛、格栅上或倾斜放置，以便进一步排出硅胶。</li>
		<li>在固化过程中定期抚平硅胶表面，防止形成悬垂结构，特别是在未来将设置气道的区域。 
		注：这些悬垂结构也可在后期用镊子小心去除。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>为制备黏膜中间层做准备：使用步骤2.1中已带有声带体层硅胶的正模、步骤2.2中已制备好上皮层的模具，以及材料表中列出的硅胶和稀释剂。
	<ol>
		<li>按1:1:5的比例将主硅胶与五份稀释剂混合，首先将组分A与稀释剂混合，随后加入组分B，充分搅拌均匀。共需约4 g硅胶混合物即可满足需求。</li>
		<li>参照步骤2.1.4的方法，在真空腔中对硅胶混合物进行抽真空处理。</li>
		<li>将部分硅胶混合物注入已备有上皮层硅胶的黏膜模具中。倾斜模具，使上皮层硅胶的所有内表面均被一层薄油覆盖，以利于后续插入正模。 
		注：可选步骤：由于稀释剂比例较高，该混合物具有数小时的较长滴落时间，在此期间可能因挥发而收缩。因此，建议等待约2–3小时后再进行下一步操作。</li>
		<li>小心地将带有声带体的正模插入模具中。若正模在硅胶中上浮，可用夹具等工具将其固定。根据先前加入的硅胶量，部分材料可能从填充口溢出。</li>
		<li>以与浇注声带体层相同的方式填充模具，并在材料下沉时及时补充。</li>
		<li>滴落时间结束后，继续静置24小时，确保硅胶完全固化。</li>
		<li>24小时后，将成品从模具中取出。首先将模具从外壳中取出，然后从后部开始打开模具，并移除模具主体部分。</li>
		<li>小心去除多余硅胶，清洗表面并让样品自然干燥。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将两个声带半体安装至补充编码文件8中指定的测量与装配模块上的对应位置。连接设计适用于两个M3螺钉和M3方螺母（DIN 562），但非强制要求。</li>
</ol>

3D Printing of Multilayered Silicone Vocal Fold Models

<ol><li>Drechsel, J. S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+supraglottal+structures+on+the+glottal+jet+exiting+a+two-layer+synthetic%2C+self-oscillating+vocal+fold+model%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model.</a> J Acoust Soc Am. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li>
<li>Stevens, K. A., Shimamura, R., Imagawa, H., Sakakibara, K. I., Tokuda, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validating+Stereo-endoscopy+with+a+synthetic+vocal+fold+model%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Acustica+United+with+Acustica%22%5BJournal%5D)">Validating Stereo-endoscopy with a synthetic vocal fold model.</a> Acta Acustica United with Acustica. 102 (4), 745-751 (2016).</li>
<li>Murray, P. R., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthetic%2C+multi-layer%2C+self-oscillating+vocal+fold+model+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication.</a> J Vis Exp. (58), e3498(2011).</li>
<li>Spencer, M., Siegmund, T., Mongeau, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+superior+surface+strains+and+stresses%2C+and+vocal+fold+contact+pressure+in+a+synthetic+larynx+model+using+digital+image+correlation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Determination of superior surface strains and stresses, and vocal fold contact pressure in a synthetic larynx model using digital image correlation.</a> J Acoust Soc Am. 123 (2), 1089-1103 (2008).</li>
<li>Scherer, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraglottal+pressure+profiles+for+a+symmetric+and+oblique+glottis+with+a+divergence+angle+of+10+degrees%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees.</a> J Acoust Soc Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).</li>
<li>Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanics+of+human+voice+production+and+control%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Mechanics of human voice production and control.</a> J Acoust Soc Am. 140 (4), 2614-2635 (2016).</li>
<li>Birkholz, P., Wang, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBirkholz%2C+P+%22Studientexte+zur+Sprachkommunikation%3A+Elektronische+Sprachsignalverarbeitung%22">Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung</a>. , TUD Press. Dresden, Germany. 58-66 (2017).</li>
<li>Murray, P. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMurray%2C+PR+%22Flow-induced+responses+of+normal%2C+bowed%2C+and+augmented+synthetic+vocal+fold+models%22">Flow-induced responses of normal, bowed, and augmented synthetic vocal fold models</a>. , Brigham Young University. (2011).</li>
<li>Alipour, F., Vigmostad, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+vocal+folds+elastic+properties+for+continuum+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22J+Voice%22%5BJournal%5D)">Measurement of vocal folds elastic properties for continuum modeling.</a> J Voice. 26 (6), e21-29 (2012).</li>
<li>Chhetri, D. K., Zhang, Z., Neubauer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+young%27s+modulus+of+vocal+folds+by+indentation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Voice%22%5BJournal%5D)">Measurement of young's modulus of vocal folds by indentation.</a> J Voice. 25 (1), 1-7 (2011).</li>
<li>Häsner, P., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+and+aging+of+different+silicone+vocal+folds+models%5BTitle%5D)+AND+%22J+Voice%22%5BJournal%5D)">Reproducibility and aging of different silicone vocal folds models.</a> J Voice. , (2023).</li>
<li>Gabriel, F., Häsner, P., Dohmen, E., Borin, D., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGabriel%2C+F+%22Studientexte+zur+Sprachkommunikation%3A+Elektronische+Sprachsignalverarbeitung%22">Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung</a>. , TUD Press. Dresden, Germnay. 221-230 (2019).</li>
<li>Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+wavy+trachea+walls+on+the+oscillation+onset+pressure+of+silicone+vocal+folds%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Effect of wavy trachea walls on the oscillation onset pressure of silicone vocal folds.</a> J Acoust Soc Am. 149 (1), 466-475 (2021).</li>
<li>Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBirkholz%2C+P+%22Studientexte+zur+Sprachkommunikation%3A+Elektronische+Sprachsignalverarbeitung%22">Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung</a>. , TUD Press. Dresden, Germany. (2016).</li>
<li>Boersma, P., Weenink, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Praat%2C+a+system+for+doing+phonetics+by+computer%5BTitle%5D)+AND+%22Glot.+Int%22%5BJournal%5D)">Praat, a system for doing phonetics by computer.</a> Glot. Int. 5, 341-345 (2001).</li>
<li>Fukui, K., Shintaku, E., Honda, M., Takanishi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+vocal+cord+model+for+anthropomorphic+talking+robot+based+on+human+biomechanical+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Trans+Japan+Soc+Mech+Eng+Ser+C%22%5BJournal%5D)">Mechanical vocal cord model for anthropomorphic talking robot based on human biomechanical structure.</a> Trans Japan Soc Mech Eng Ser C. 73 (734), 2750-2756 (2007).</li>
<li>Syndergaard, K. L., Dushku, S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrically+conductive+synthetic+vocal+fold+replicas+for+voice+production+research%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Electrically conductive synthetic vocal fold replicas for voice production research.</a> J Acoust Soc Am. 142 (1), 63(2017).</li>
</ol>

作者声明，他们不存在任何已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些利益或关系可能被认为影响了本文所报告的工作。

本文所述的制造工艺包含若干关键步骤，这些步骤对其成功具有重大影响。首先需要指出的是，该制造工艺并未解决声带材料中的油饱和问题，而是规避了某些负面副作用。排气现象及其相关的收缩和表面波纹仍然存在，尽管程度有所减轻。解决这些问题的方法可能包括使用超软硅胶或其他替代材料，这些材料需兼具真实声带的弹性模量与稳定耐用的聚合物结构。然而，此类材料的缺失凸显了在全面解决这些问题方面仍存在的持续局限性。
与由两个半部分组成的声带模型的传统制造方法相比，该制造工艺略为复杂，因为它涉及更多组件，且通常采用的由内而外的组装方式在此不适用。其固有优势包括集成的溢流保护功能，有助于使用高度稀释的硅胶进行操作，以及能够在固化过程中更好地观察和控制填充液位及潜在气泡的形成。当希望在使用相同硅胶混合物生产的小批量模型中尽量减少因制造过程引起的性能差异时，这一点尤为有益。此外，该设计还能降低废品率。
与传统的声带建模方法相比，本研究所提出的技术具有明显优势。通过在声带振动过程中对声门区域进行录像，结果表明，声带表面的黏滞性可被有效降低。因此，能够产生稳定的气流诱导振动，并直接从图像中获得清晰、无伪影的波形数据，而无需在测量前使用滑石粉或冲洗等辅助手段。尽管本文所展示的传统模型（作为参照）属于极端情况，但黏滞性问题仍然会影响测量结果，并对脆弱的薄层上皮组织构成风险。本研究所提出的工程学解决方案可规避这一问题，有助于获得更可靠且可重复的实验结果。
展望未来，这种改进的制造工艺在多种应用中具有广阔前景。该技术适用于制造类人机器人或具有类似人类声道的发声装置16，为人工智能和机器人学的发展开辟了新途径。此外，其在语音生成与发声机制基础研究中的应用6,17，也表明该技术有望为更广泛的科学界作出贡献。

声带模型用于在正常和病理条件下模拟和研究人类发声机制1,2。构建声带模型面临的主要挑战之一是实现与人类组织相近的真实柔软度和柔韧性。为达到这些特性，通常使用硅橡胶材料，并通过添加大量硅油稀释，以获得相应的弹性模量3,4。构建逼真声带模型的另一个关键因素是分层结构，因为声带由多个柔软度不同的层次组成，这些层次决定了流致振动的模式以及可实现振动的频率。
在本研究中，我们构建了一个典型的声带模型。该模型采用了Scherer5 提供的常用几何结构，根据Zhang6 的描述，该结构代表了男性声带的典型尺寸，长度为17 mm，包含三层结构：一层为声带肌（即主体层），一层为整个黏膜层（即覆盖层），以及一层上皮层。这种结构可在图1的冠状截面图中看到。
<img alt="分层结构示意图；标注了体部、盖部、上皮层；显示了尺寸和角度" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig01v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1喉部模块的冠状切面。 喉部模块的冠状切面，显示声带最宽处（8.5 mm）。每侧声带包含一个体层、一个覆盖层和一个上皮层。该图已修改自13. 重现自 Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. 波浪形气管壁对硅胶声带振荡起始压力的影响。 J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021)，经美国声学学会许可。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
其他研究采用仅含单层的结构7、不含上皮层的双层结构2，或使用多层结构模拟黏膜3。通常，这些层从内向外浇铸，即从最深层开始。最后在整个模型表面浇铸厚度仅为 30 µm 的上皮层，形成坚固的表层皮肤8。
模型中的覆盖层是最柔软的部分，其杨氏模量约为 1.1 kPa9对于体层，使用横向方向上的近似杨氏模量 体外 测量10 是 2 kPa。 体内，由于存在纵向纤维以及肌肉可能处于紧张状态，甲杓肌的杨氏模量可能更高。为了实现如此低的杨氏模量，有必要在硅橡胶混合物中添加大量硅油（约72%）。然而，制造商强烈建议硅油添加比例不得超过5%。通常情况下，向弹性体中添加硅油的目的是延长流动时间和滴落时间，并减少固化后硅橡胶聚合物的收缩。它有助于硅橡胶更均匀地固化，从而降低材料内部的应力。其主要作用是优化固化材料的可模塑性和材料性能，而非单纯增加柔软度，尽管后者也是其带来的一个结果。这是因为硅油具有化学惰性，无法自行发生聚合反应，也不会整合到硅橡胶聚合物的网络结构中。11相反，它会以液相形式残留在聚合物基质中，导致聚合物结构在较高程度上被削弱，并可能从固化材料中析出并附着于表面。因此，可能导致其他不良特性，如固化异常、硫化不均、化学收缩和脆性等。针对含有高含量硅油的声带模型，研究人员考察了其老化性能和可重复性，发现不同模型之间的性能差异较大，且其性能随时间发生变化。11.
采用传统方法制备声带模型时7,12，上皮层的黏性可能成为一个问题，因为它会影响振动的均匀性，并导致上皮层破裂。尽管用于制作上皮层的硅胶未经稀释，但可以推测，从邻近黏膜层渗出的油对硅胶的作用类似于将其稀释。为解决黏性问题，曾尝试在黏膜层与上皮层之间添加滑石粉或碳粉等粉末作为中间层12。该方法可能有效的原因在于，粉末部分吸收了渗出的油，从而降低了上皮表面的黏性。
在本研究中，我们证明通过略微改进声带模型的制备工艺，可以避免粘连问题。通过改变分层顺序，首先使用未稀释的上皮层硅胶（即封闭式硅胶），即可制备出无粘连性的超软声带模型。这一改变涉及非常规的模具类型和方法，以视频形式展示和说明最为合适。本文中，我们详细描述了制备工艺，并演示了如何在实际应用中表征声带模型的性能。

<table><tbody><tr><td>3D 打印机</td><td>ULTIMAKER</td><td></td><td>S5型</td></tr><tr><td>3D打印软件</td><td>ULTIMAKER CURA</td><td></td><td>版本 5.2.2</td></tr><tr><td>CAD软件</td><td>Autodesk Inventor&amp;nbsp;</td><td></td><td>版本 2023</td></tr><tr><td>高速相机</td><td>XIMEA GmbH</td><td></td><td>MQ013CG-ON</td></tr><tr><td>PLA+ 3D 打印材料&amp;nbsp;</td><td>eSun</td><td>无</td><td>白色</td></tr><tr><td>初级硅胶</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-005-000041</td><td>EcoFlex 00-30</td></tr><tr><td>释放剂</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09291-006-000001</td><td>UTS 通用型</td></tr><tr><td>继发性硅胶</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-005-000181</td><td>DragonSkin NV10</td></tr><tr><td>硅油稀释剂</td><td>KauPo Plankenhorn</td><td>09301-010-000002</td><td></td></tr><tr><td>高强度 PLA 3D 打印材料&amp;nbsp;</td><td>BASF</td><td></td><td>黑色</td></tr></tbody></table>

非粘性超软声带模型的制造工艺

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

本研究旨在开发超软且无黏性的声带模型，用于语音研究。传统的硅胶基声带模型制造工艺所得到的模型存在不良特性，例如表面黏性以及可重复性差等问题。这些声带模型容易快速老化，导致不同测量之间的可比性较差。在本研究中，我们提出对制造工艺进行改进，通过改变硅胶材料的层叠顺序，从而制备出无黏性且高度一致的声带模型。我们还将使用该方法制备的模型与因表面黏性而性能受影响的传统制造声带模型进行了比较。本文详细描述了制造过程，并对模型的特性进行了表征，以探讨其潜在应用价值。研究结果证明了改进后的制备方法的有效性，凸显了我们所制无黏性声带模型的优越性能。&#160;该研究成果有助于推动更真实、更可靠的声带模型在科研与临床应用中的发展。

制造的声带模型被集成到补充图3所示的声带位置测量装置中。该装置在先前的出版物中已有详尽描述13，包含一个多级可调控的气流源，用于激励声带模型产生振荡，以及一组测量仪器，用于记录声压、特定位置的静压和体积流速等数据。在测量过程中，气流逐渐增加，直至声带模型开始振荡。随后，将气压在起振压力基础上再提高200 Pa，以实现稳定而强烈的振荡。此外，增加了一台高速摄像机并置于声道模型上方，以最高每秒2304帧的帧率捕捉声带振荡的运动过程。
集成在肺部内部的光源通过声门下通道发出光线，使声门呈现白色。图2展示了两组振荡图像序列，每组包含六个帧，用于说明典型的闭合-开放-闭合周期。上排图像（图2A）显示了采用本文所述方法制造的声带的振荡过程，而下排图像（图2B）则展示了一个传统声带模型的极端示例，该模型在前期工作中制备13，由于表面具有黏性，无法产生稳定的振荡。对于后者，表面黏性导致声门首先在前部和后部打开，中部区域随后才打开。由于黏附作用，该模型表面在特定位置已出现轻微损伤。
<img alt="逐次光学激发图像；光发射的时间变化；瞬态分析图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 2"> 
图 2：高速相机捕获的单帧图像序列。 高速相机捕获的单帧图像序列，展示声带振动的闭合-开启-闭合周期。（A）采用本文所述方法制备的声带。（B）具有黏性表面的传统声带模型的振动。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
图3 和 图4 分别展示了所提出模型与传统（黏性）模型的声门面积随时间变化的函数。面积波形（每幅图的左侧部分）是利用 GlottalImageExplorer 软件14 从可用的图像序列中计算得到的。图的右侧部分展示了这些时间函数的幅值谱，以反映其周期性程度。基频是通过 Praat 软件15 从时间函数中提取的。从 图3 可以明显看出，所提出的声带模型在选定时间段内表现出稳定的振荡，从而能够准确计算基频。相比之下，图4 显示出非典型且混乱的声门面积函数，其最小值和最大值不一致，并伴有多种伪影。在此情况下，基频的提取变得困难甚至不可行。
<img alt="声带模型的波形与频率分析；显示时间-振幅及频率谱的图表。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3：采用本方法制备的声带模型的面积波形图。 通过高速摄像图像数据获得的面积波形图，使用（A）GlottalImageExplorer 软件呈现，以及（B）采用本方法制备的声带模型对应的导出幅值频谱。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="面积波形与频率图；声带模型分析；波形与频谱图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 4"> 
图 4：具有黏性表面的声带模型的面积波形图。 通过高速摄像图像数据获得的面积波形图，使用（A）GlottalImageExplorer 软件生成；以及（B）采用传统具有黏性表面的声带模型得到的幅度频谱图。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
补充图1：制造声带半侧所需关键组件列表。 制造声带半侧所需关键组件列表。1 — 用于单侧声带半侧的支撑结构，2a-c — 用于制作主体层的模具组件，3a-c — 用于制作表层的模具组件，4 — 用于固定的支撑结构。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-requiered-parts.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充图2：模具组件示意图。 模具组件的示意图。左侧——用于制作主体层的模具，右侧——用于制作盖层的模具。标签与补充图1中的零件列表相对应。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-construction-scheme.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充图3：测量系统的完整装置示意图。 测量系统的完整装置示意图。该图已根据13进行了修改。经美国声学学会许可，转载自 Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. 波浪形气管壁对硅胶声带振荡起始压力的影响。J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021)。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/fig-sm-measurement-setup.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充代码文件 1：单侧声带的支撑结构。 该文件用于生成声带-阳性模型。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-vocal-fold-positiv.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充代码文件 2：用于制作声带层主体部分的模具组件 1。 该文件用于生成 vocalis_mold-main-part。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-main-part.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充代码文件 3：用于制作体层的模具组件 2。 该文件用于生成 vocalis_mold-cap。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-cap.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充编码文件 4：用于制作防止硅胶泄漏的主体层模具外壳。 该文件用于制备 vocalis_mold-hull。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-1_vocalis_mold-hull.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充代码文件 5：用于制作覆盖层的模具组件 1。 该文件用于生成 mucosa_mold-main-part. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-main-part.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充代码文件 6：用于制作覆盖层的模具组件 2。 该文件用于生成 mucosa_mold-back。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-back.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充代码文件 7：用于制作覆盖层以防止硅胶泄漏的模具外壳。该文件用于制备 mucosa_mold-hull。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-2_mucosa_mold-hull.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充编码文件 8：用于连接声带半侧的支撑结构。 该文件用于制作测量压力接头适配器，包括用于连接声带半侧的支撑结构及压力测量接头。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/sec2-4_measurement-pressure-tap-adapter.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>

本研究通过引入一种特定的声带层制作方法，展示了非粘性且超软声带模型的制造过程，详细描述了制造步骤，并对模型的性能进行了表征。

本研究旨在为嗓音研究开发超软且无黏性的声带模型。传统的硅胶基声带模型制造工艺存在……

我们的研究旨在改进合成声带的制造工艺。此类模型可用于基础语音学和发声研究、医学研究，以及构建能够像人类一样发声的人类声道模型。合成声带模型通常由多层柔软程度不同的软质硅胶制成。它们对应于人体声带组织的特性。用于制造这些模型的技术包括计算机辅助设计、3D打印和硅胶浇铸。高度稀释的硅胶声带模型由于粘性较大且老化迅速，其质量有所降低。这降低了使用这些模型的研究的可重复性。本方案解决了声带黏附性的问题。我们已颠倒了制造过程中硅胶层的制作顺序。我们首先打印氦气层。这使得我们能够使用稀释的硅酮形成一层非常柔软的致密层，同时避免上皮层变得粘稠。在3D打印程序中加载STL文件以生成G代码文件，并选择合适的3D打印机。对于补充涂层文件二和补充涂层文件五，使用聚乳酸或聚碳酸酯作为打印材料。对于补充涂层文件一，使用坚韧的聚乳酸或聚对苯二甲酸乙二醇酯。接下来，加载补充涂层文件二，并将层高设置为高于轮廓预设一毫米。加载补充涂层文件五，并将层高设置为一毫米。现在加载辅助涂层文件一，并将层高设置为 0.2 毫米。将填充率设为 100%，打印模式设为之字形。将构建板附着类型设为裙边。切分补充文件一。查看分层的3D模型，并将G代码导出到U盘。在3D打印机上打印部件。打印完成后，清理部件并去除多余的边缘或打印缺陷。收集制造声带及模具组件所需的零部件。使用砂纸打磨内侧接触面，使其光滑。为了制作声带体层，需准备声带黏膜阳性模型、声带肌模具盖、声带肌模具主体、声带肌模具孔、主硅胶、脱模剂和稀释剂。将脱模剂涂抹于所有模具部件的内表面。将模具主体与盖子组装在阳性模型上。然后将模具包放入指定的容器中。确保硅胶浇注用的正向孔朝上，并且模具在平坦表面上放置稳固。用三份稀释剂配制六克主硅胶混合物。为防止气泡形成，将混合物置于真空腔中，在至少1 bar的负压下进行抽真空处理。小心地将脱泡后的硅胶混合物倒入模具型腔中，并填充模具罐周围的区域，以防止稀薄的硅胶混合物流入模具接缝处。固化一天后，从罐中取出模具及其中的阳模。移除模具与容器之间的硅胶。现在从阳模的背面开始小心地取下盖子，然后取下模具的主体部分。使用手术刀或侧切钳，小心地从模具上移除多余的硅胶。将两个模具部件组装在一起，并放入外壳中。在模具的内壁上涂抹脱模剂，并使其自然风干。制备一种不含稀释剂的次级硅胶混合物。将该混合物置于真空室中，在1 bar的负压下进行抽真空处理，以防止气泡形成。将硅胶混合物倒入模具中，并轻轻旋转，直至所有内表面均被硅胶均匀覆盖。将模具固定在格栅上，使硅胶固化。翻转模具，让多余的硅胶排出。用五份稀释剂配制四克主硅胶混合物。为防止气泡形成，将硅胶混合物放入真空室中进行抽真空处理。将硅胶混合物倒入已用上皮层硅胶制备好的黏膜模具中。倾斜模具，使油在上皮层硅胶的内表面形成一层薄层并覆盖其表面。小心地将带有声带主体的阳模插入模具中。如有必要，使用夹具固定阳模。向模具中倒入硅胶混合物，用于浇铸声带肌层。固化24小时后，将模具从外壳中取出。然后从后部开始，打开模具并移除模具的主要部分。将声带模型从模具中取出。小心地从声带模型上移除多余的硅胶。最后，清洗声带模型表面并使其干燥。

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非粘性超软人声折叠模型的制造工艺

在本方案中，我们演示了该技术所基于的垂直位移微柱阵列微致动器的制备方法，并介绍了如何对该基础技术进行改进，以在二维和三维培养模式下实现高通量的力学动态细胞培养。...

用于力学动态细胞培养的微加工平台

本文描述了合成声带模型的制备方法。这些模型为真人尺寸，可模拟人类声带的多层结构。实验结果表明，这些模型能够在与肺部压力相当的压力下自发振荡，并表现出与人类声带相似的流致振动响应。...

合成多层自振式声带模型的制备

声带息肉可能干扰声带的动态功能，从而对患者的沟通能力造成严重影响。本研究采用粒子图像测速技术、壁面摩擦线可视化方法以及壁面压力测量，考察了壁面固定模型息肉引起的三维流动分离及其对壁面压力载荷的影响。...

研究模型声带息肉引起的三维流动分离

我们提出一种利用造纸工艺制造刚性且坚固的短天然纤维预制体的新方法。细菌纤维素同时作为松散纤维的粘结剂，并为纤维预制体提供刚性。这些预制体可浸渍树脂，以制备真正的绿色分级复合材料。...

利用细菌纤维素作为粘结剂制备坚固的天然纤维预成型体

一种新型声带生物反应器被构建并表征，该反应器能够向培养细胞施加生理相关的振动刺激。该动态培养装置与纤维状聚（ε-己内酯）支架构建出一种模拟声带的微环境，可调控间充质干细胞的行为。...

新型声带生物反应器的构建与表征

本手稿描述了一种由正常原代人食管成纤维细胞和鳞状上皮细胞在脱细胞猪源支架内接种培养而构建的组织工程三维食管结构，介绍了其制备方法、表征结果及潜在应用。研究结果表明，该结构可形成成熟的复层上皮，类似于正常人食管组织。...

三维组织工程人食管黏膜模型的制备、表征及其潜在应用

本文展示了基于硅胶薄膜的介电弹性体软致动器的制备过程。详细介绍了生产的三个关键步骤：硅胶薄膜的刮刀浇铸、柔性电极的垫印印刷，以及所有组件的组装。...

硅基介电弹性体致动器的制备工艺

我们提供了一种通过等离子体增强化学气相沉积法直接合成高c轴（0002）取向ZnO薄膜的方法。所制备的ZnO薄膜与铂叉指电极结合，用作紫外光探测器的传感层，表现出优异的性能，兼具良好的响应度和可靠性。...

采用等离子体增强化学气相沉积系统合成高c轴取向ZnO薄膜及其紫外光探测器应用的制备与表征

恢复系数是一个用于描述碰撞过程中动能损失的参数。本文中，在真空条件下建立了一种自由落体实验装置，可用于测定微米级颗粒在高撞击速度下的恢复系数参数。...

开发用于真空条件下测量恢复系数的实验装置

本文研究了喷墨打印技术在染料敏化太阳能电池制造中的适用性。配制了一种无粘结剂的TiO2纳米颗粒墨水，并将其打印到FTO玻璃基底上。所打印的薄膜被制备成有效面积为0.25...

染料敏化太阳能电池用二氧化钛的数字印刷

学习利用计算机辅助设计、3D打印和硅胶铸造技术制造非粘性超软声带模型。该方法通过反转硅胶层制作顺序，解决了传统模型粘性和快速老化问题，为语音学和生物医学研究提供了可靠工具。

非粘性超软声带模型的制造工艺

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