Proces produkcji nieprzywierających modeli super-miękkich fałdów głosowych
5 stycznia 2024
To badanie demonstruje produkcję modeli nielepiących się i super miękkich fałdów głosowych poprzez wprowadzenie specyficznego sposobu tworzenia warstw fałdów głosowych, dostarczając szczegółowego opisu procedury produkcyjnej i charakteryzując właściwości modeli.
Nasze badania mają na celu usprawnienie procesu wytwarzania syntetycznych fałdów głosowych. Takie modele mogą być wykorzystywane w podstawowych badaniach fonetycznych i głosowych, w badaniach medycznych oraz do tworzenia modeli ludzkiego traktu głosowego, które wytwarzają mowę jak ludzie. Modele syntetycznych fałdów głosowych są zwykle wykonane z wielu warstw miękkiego silikonu o różnym stopniu miękkości.
Odpowiadają one właściwościom tkanki ludzkiego fałdu głosowego. Technologie użyte do wykonania tych modeli obejmują projektowanie edycji komputerowej, druk 3D i odlewanie silikonowe. Silnie rozcieńczone silikonowe modele fałdów głosowych mają obniżoną jakość z powodu lepkości i szybkiego starzenia.
Zmniejsza to odtwarzalność badań z wykorzystaniem tych modeli. Protokół ten rozwiązuje problem lepkości fałdów głosowych. Odwróciliśmy kolejność produkcji warstw krzemu w naszym procesie produkcyjnym.
Zaczęliśmy od warstwy helu. Pozwoliło nam to stworzyć bardzo miękką warstwę przyczynową z rozcieńczonego silikonu, nie powodując lepkości warstwy nabłonka, W programie do drukowania 3D załaduj pliki STL, aby wygenerować pliki G-code i wybierz preferowaną drukarkę 3D. W przypadku drugiego dodatkowego pliku powłokowego i dodatkowego pliku do powlekania piątego należy użyć kwasu mleczanowego lub poliwęglanu jako materiału do drukowania.
Do dodatkowego pilnika do powlekania należy użyć twardego kwasu polimleczanowego lub glikolu z politereftalanu etylenu. Następnie załaduj dodatkowy plik powłoki dwa i ustaw wysokość warstwy na jeden milimetr w stosunku do wstępnie ustawionych profili. Załaduj dodatkowy plik do powlekania pięć i ustaw wysokość warstwy na jeden milimetr.
Teraz załaduj dodatkowy plik powłoki jeden i ustaw wysokość warstwy na 0,2 milimetra. Ustaw wartość wypełnienia na 100%, a wzór wydruku na zygzak. Ustaw kategorię przyczepności platformy roboczej na skirt.
Pokrój plik uzupełniający jeden. Wyświetl warstwowy model 3D i wyeksportuj G-code na pamięć USB. Wydrukuj części na drukarce 3D.
Po wydrukowaniu wyczyść części i usuń nadmiar brzegu lub błędy drukowania. Zbierz komponenty wymagane do produkcji zagięć głosowych i montażu formy. Wygładź wewnętrzne powierzchnie styku papierem ściernym.
Aby utworzyć warstwę ciała wokalnego, zbierz pozytyw fałdu głosowego, nasadkę formy wokalnej, główną część formy wokalnej, otwór formy wokalnej, silikon pierwotny, środek antyadhezyjny i rozcieńczalnik. Nanieś środek antyadhezyjny na wewnętrzne powierzchnie wszystkich części formy. Zamontuj główną część i nasadkę formy na pozytywie.
Następnie umieść opakowanie z foremką w przeznaczonym do tego doniczce. Upewnij się, że otwór w dodatnim magnesie umożliwia wylanie silikonowych powierzchni do góry, a forma ma stabilną podstawę na płaskiej powierzchni. Przygotuj sześć gramów pierwotnej mieszanki silikonu z trzema częściami rozcieńczalnika.
Aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków, należy odkurzyć mieszaninę w komorze próżniowej pod ciśnieniem co najmniej 1 bara. Ostrożnie wlej odkurzoną mieszaninę silikonu do wnęki formy, wypełniając otaczające obszary garnka formy, aby zapobiec zapadaniu się cienkiej mieszanki silikonu przez złącza formy. Po utwardzeniu przez jeden dzień usuń pleśń, w tym pozytyw z garnka.
Usuń silikon znajdujący się między formą a garnkiem. Teraz ostrożnie zdejmij pokrywę, zaczynając od tyłu pozytywu. Następnie usuń główny korpus formy.
Za pomocą skalpela lub bocznego noża ostrożnie usuń nadmiar silikonu z formy. Zmontuj dwie części formy i umieść je w kadłubie. Posmaruj wewnętrzne ścianki form środkiem antyadhezyjnym i pozostaw do wyschnięcia na powietrzu.
Przygotuj wtórną mieszankę silikonu bez rozcieńczalnika. Odkurz mieszaninę w komorze próżniowej pod ciśnieniem 1 bara, aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków. Wlej mieszaninę silikonu do formy i obracaj nią, aż wszystkie wewnętrzne powierzchnie zostaną pokryte silikonem.
Zabezpiecz formę na ruszcie i poczekaj, aż silikon się utwardzi. Odwróć formę i pozwól, aby nadmiar silikonu spłynął. Przygotuj cztery gramy pierwotnej mieszanki silikonu z pięcioma częściami rozcieńczalnika.
Aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków, odkurz mieszaninę silikonu w komorze próżniowej. Wlej mieszaninę silikonu do formy na błonę śluzową przygotowaną z silikonu nabłonkowego. Przechyl formę, aby pokryć wewnętrzne powierzchnie nabłonka silikonu cienką warstwą oleju.
Ostrożnie włóż pozytyw z korpusem wokalnym do formy. W razie potrzeby zabezpiecz dodatni za pomocą zacisku. Wypełnij formę mieszanką silikonu do odlewania warstwy wokalnej.
Po 24 godzinach od utwardzenia usuń formę ze skorupy. Następnie zaczynając od tylnej sekcji, otwórz formę i wyjmij główną część formy. Wyjmij model fałdu głosowego z formy.
Ostrożnie usuń nadmiar silikonu z korpusu wokalnego. Na koniec umyj powierzchnię ciała wokalnego i pozostaw do wyschnięcia.
Przegląd
To badanie demonstruje produkcję nielepkich i super miękkich modeli fałdów głosowych poprzez wprowadzenie specyficznego sposobu tworzenia warstw fałdów głosowych. Badania dostarczają szczegółowego opisu procedury produkcji i charakteryzują właściwości modeli.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Inżynieria biomedyczna
- Fonetyka
Tło
- Syntetyczne modele fałdów głosowych są kluczowe dla badań nad głosem.
- Modele te naśladują właściwości ludzkiego tkanki fałdów głosowych.
- Tradycyjne modele borykają się z problemami takimi jak lepkość i szybkie starzenie.
- Poprawa jakości modeli jest istotna dla dokładnych wyników badań.
Cel badania
- Aby ulepszyć proces produkcji syntetycznych fałdów głosowych.
- Aby stworzyć modele, które mogą wydawać dźwięki podobne do ludzkich.
- Aby dostarczyć niezawodnego narzędzia zarówno do badań podstawowych, jak i medycznych.
Stosowane metody
- Techniki komputerowego wspomaganego projektowania.
- Technologia druku 3D.
- Metody odlewania silikonowego.
- Charakteryzacja właściwości modeli.
Główne wyniki
- Opracowanie nielepkich i super miękkich modeli fałdów głosowych.
- Szczegółowa charakterystyka właściwości modeli.
- Opisane ulepszone procedury produkcji.
- Zaznaczone potencjalne zastosowania w badaniach fonetycznych i medycznych.
Wnioski
- Nowe podejście do produkcji poprawia jakość modeli.
- Modele te mogą znacząco pomóc w badaniach nad głosem i fonetyką.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tych ulepszone modelach syntetycznych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Reproducible, non-adhesive super-soft vocal fold models address a critical need for standardized, physiologically relevant test systems in voice and airway research. Improved model consistency and surface properties enable more reliable cross-study comparisons and reduce experimental variability, supporting translational research and device development. This manufacturing advance enhances predictive confidence at the interface of biomaterials engineering and preclinical model validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of vocal fold biomechanics and tissue-mimetic properties for hypothesis-driven research.
- Supports functional validation of biomaterials and device-tissue interactions in a controlled system.
- Facilitates mechanistic de-risking by minimizing confounding variables such as stickiness and rapid aging.
Screening & Assay Development
- Provides a reproducible, non-sticky platform for quantitative assessment of device or therapeutic interventions.
- Improves assay standardization and comparability across batches and studies.
- Enables scalable preparation of test systems for high-throughput or iterative screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns model properties with physiological tissue characteristics for translational relevance.
- Supports continuity from benchtop validation to preclinical device or biomaterial evaluation.
- Reduces risk of artifactual results due to model degradation or surface inconsistencies.
Pipeline & Workflow Integration
This manufacturing process fits within the continuum from early discovery through preclinical validation, providing a standardized model for iterative testing and optimization.
- Discovery Biology: Enhances hypothesis testing by providing a stable, tissue-mimetic platform.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for comparative analysis of interventions.
- Analytics: Supports consistent measurement of biomechanical and surface properties across experiments.
- Translational Research: Bridges the gap between in vitro modeling and preclinical device or biomaterial assessment.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, validated model system for ongoing R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in model-based studies.
- Operational Value: Standardizes model preparation, improving reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Enables more informed go/no-go decisions and reduces late-stage risk due to model inconsistencies.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of device, biomaterial, or therapeutic candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in 3D printing, silicone casting, and biomaterial handling.
- Needs access to vacuum chambers, release agents, and precision molds for reproducibility.
- Demands cross-team standardization of manufacturing parameters and quality control.
- May require adaptation for different tissue models or application-specific geometries.
- Limitations include the need for careful handling to maintain super-soft properties and prevent contamination.
