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荡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阳模，然后利用快速原型阳模制备模具阴模。

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。通过最终对比声门下压力、振动频率、声门气流速率和内侧表面运动，结果表明，这种多层合成声带模型在流体诱导下的响应特性与人类声带振动特性相似。相较于现有的多层模型（如双层模型），这些模型的主要优势在于其结构更接近人类喉声带（VCA）的结构，因而更适用于发声机制的研究。

首先，创建声带三层结构的实体模型，包括浅层弹力纤维层、韧带层和主体层。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，并将 STL 文件发送至定制加工设备，进行快速原型制作。

使用薄的丙烯酸材料切割成所需尺寸，制作一个盒状模具成型框。通过真空润滑脂将其底部粘附在平整的丙烯酸板上，以构成模具的底面。

取少量真空润滑脂涂抹在所需几何形状的实体模型侧面。将模型带有真空润滑脂的一侧朝下压入模具型腔底部，使真空润滑脂起到固定部件的作用。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。

在容器中混合光滑型细胞的10份A组分和1份B组分九五零铂金硅橡胶，容器需预留空间以容纳抽真空过程中产品的体积膨胀。为去除气泡，将容器放入真空箱中，将压力降至约低于大气压26英寸汞柱，持续约三分钟。从真空箱中取出DGAs硅橡胶，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，以便插入纤维以浇铸体层。首先，用画笔在体模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 组分与 B 组分按 1:1 比例混合。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。使用真空装置去除气泡后，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。

为制备韧带层，先用画笔在韧带模具型腔表面均匀涂抹一层脱模剂。通过直剃刀切口将一根30厘米长的线完全推入模具中。按1份B组分和1份A组分eco Lex 0, 0 30，以及4份硅胶稀释剂的比例混合。

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。将背板模型压入韧带模具型腔中。从一侧开始插入，并轻柔地向另一侧移动，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。用纸巾擦去任何脱模剂。为浇铸浅表层固有层（SLP），用画笔在SLP模具型腔表面涂覆一层薄薄的脱模剂。

按重量比混合一份B组分、一份A组分的Eco Flex 00-30以及八份硅胶稀释剂，进行真空脱泡，然后将混合物倒入模具型腔中。将声带黏膜下层支撑模型插入SLP模具型腔中，于200华氏度（约93.3摄氏度）烘烤一小时，冷却后，缓慢而极其小心地取出模型，以保持浅表层黏膜下层完整无损。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。将一份B组分与一份A组分的Dragon Skin材料和一份硅胶稀释剂混合后抽真空，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，使用直刃剃刀去除多余材料，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-后表面均匀涂布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，并让胶水固化。一小时内，在模型表面涂抹滑石粉，以减少表面黏性，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，使内侧表面相互靠近，直至达到所需的振动前间隙。确保两组线材均放置在螺栓上，并从前向后方向从丙烯酸板向外延伸，然后将声带配对模型安装到气源管上。

将前部缝线绑在一起形成一个环，随后将后部缝线也绑成环，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克张力的情况下，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报道数值非常接近。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。

在此两层模型的上表面视频中，不存在黏膜波，且声门轮廓在整个周期中大多呈现为发散状。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。高速摄像记录的多层模型上方视角视频图显示，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，上缘遮蔽了下缘。

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。从施加于声带内侧和下表面标记点的立体图像中提取的振动轨迹模型显示，该模型表现出与人类发声特征相符的交替性收敛-发散轮廓。

各点从最低点开始依次标记为 A 至 F。左侧图显示了开启阶段的汇聚型声门，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。在实施该操作时，需注意仅使用必要的脱模剂用量，以确保各层之间能够正确粘附。此处。