저자는 기꺼이 합성 모델 개발 지원 난청 및 기타 통신 장애에 국립 연구소에서 보조금 R03DC8200, R01DC9616 및 R01DC5788을 인정합니다.

가공 시퀀스 (그림을 참조하십시오. 1), 보컬 접이식 모델 레이어에 대한 금형을 만드는 순서 실리콘 레이어를 주조하고, 테스트를위한 모델을 장착 구성되어 있습니다. 단일 섬유 이외에, 몸, 인대, 표면 얇은 판의 propria, 그리고 상피 : 모델 4 개 층이 있습니다. 배경 레이어는 보컬 접어 모델에 개별 레이어의 정확한 배치를 용이 추가됩니다. 모델 기하학적 매개 변수 정의는 그림에 표시됩니다. 2, 표 1에서 주어진 현재의 모델에 대한 매개 변수 값. 다음 섹션에서 다른 실리콘 혼합 비율이 서로 다른 레이어에 대해 지정된, 이들은 (표 2 참조) 작은 변형 정권 13 인간의 보컬 접어 조직에 대해 보고된 것과 유사 물질 속성을 생산하고 있습니다. 1. 금형 제작 및 준비 <ol><li> supe 세 보컬 배 레이어 솔리드 모델 만들기rficial 얇은 판의 propria, 인대, 그리고 신체 층. 이것은 일반적으로 원하는 형상과 3 차원 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 모델을 만드는 stereolit​​hography (STL) 파일을 CAD 모델을 수출하고, 신속한 프로토 타입에 대한 정의 기계 공장에 STL 파일을 전송하여 수행됩니다. </li><li> 아크릴 소재의 얇은 조각을 사용하여 상자 모양의 금형 양식을 만듭니다. 대략 크기는 (중요하지 않음) 2.54 cm 높다 × 5.72 cm 폭 × 6.35 cm 깊이. 평면 아크릴 접시에 준수하여 양식의 하단을 만듭니다. 진공 그리스와 모든 내부 가장자리를 밀봉합니다. </li><li> 원하는 도형의 솔리드 모델 (즉, 몸, 인대, 또는 표면의 얇은 판 propria)의 측면 측면에 진공 그리스의 작은 금액을 넣으십시오. 진공 그리이스는 자리에 부품을 보유하고 있도록 금형 캐비티 양식, 다운 진공 그리스 측면의 하단에 모델을 누르십시오. 후한 코트 금형 양식 및 릴리스 에이전트와 솔리드 모델. 릴리스 에이전트를 보장, 페인트 브러쉬를 사용하면 곳곳에 도달금형 양식 캐비티. </li><li> 10 부품 및 확장을위한 충분한 공간을 가진 용기에 부드러운 실 950 플래티넘 실리콘 고무 (무게로 측정 부품)의 한 부분 B를 섞는다. 진공 챔버에 uncured 실리콘 고무와 공기 방울 장소 금형 양식을 제거하고 약 3 분 (또는 그 이상 이하 필요시)에 대한 압력을 (예를 들어, 대기압 아래에서 HG 26 인치) 낮출 수 있습니다. 챔버에서 degassed 실리콘을 제거하고 금형 양식 캐비티에 부어. 다시 진공 챔버 및 가스를 제거하다에 uncured 실리콘과 장소 금형. 수준의 표면에 진공 챔버와 장소에서 제거합니다. 24 시간 동안 치료 및 금형 양식에서 곰팡이를 제거할 수 있습니다. </li><li> 반복 표면의 얇은 판 propria, 인대, 그리고 신체 레이어마다 금형을 만드는 데 1.4을 통해 1.1 단계를 반복합니다. </li><li> 섬유 삽입하도록하기 위해서 면도칼로 앞쪽에 - 후부 방향으로 중간 표면의 중심에있는 인대 계층 금형을 잘라. </li></ol> 2. 주조 OF 각 계층 <ol><li> 바디 층 : 페인트 브러시와 함께 신체 금형 캐비티에 릴리스 에이전트의 얇은 레이어를 적용합니다. 한 부분의 B 한 부분의 Ecoflex 00-30 Supersoft 플래티넘 실리콘 (무게로) 섞는다. 자료의 최종 치료 강성을 줄이기 위해 한 부분의 실리콘의 응고를 (무게로) 추가합니다. 갇힌 공기를 제거 한 분 간 진공 챔버에서 30 초 장소 함께 섞는다. 진공에서 혼합물을 제거하고 신체 금형 캐비티에 부어 있지만, 전체 금형 캐비티의 위로 기입하지 않습니다. 250 ° F에서 30 분 동안 오븐에 넣습니다. 오븐과 냉각에서 제거합니다. </li><li> 백업 : 믹스 한 부분의 B 한 부분 드래곤 스킨의 한 부분 실리콘의 응고를 (무게로) 추가합니다. 30 초입니다, 1 분 진공 장소 적극적으로 믹스, 그리고 전체 때까지 신체 금형 캐비티에 부어. 250 ° F에서 30 분 동안 오븐에 넣습니다. 오븐과 시원한에서 곰팡이를 제거합니다. 금형에서 모델을 제거 실온으로 냉각 수 있도록, 그리고 표면에있는 릴리스 에이전트를 제거종이 타월로 몸을 층. </li><li> 인대 층 : 페인트 브러시와 인대 금형 캐비티 표면에 릴리스 에이전트 얇은 레이어를 적용합니다. 면도칼의 상처로 그것을 추진하여 금형에서 30cm 스레드를 배치합니다. 철저 한 부분의 B 한 부분 Ecoflex 00-30과 실리콘의 응고의 네 부분 (무게)의 A를 섞는다. 공기 방울을 제거하고 인대 금형 캐비티에 혼합 잔 진공 챔버에 놓습니다. </li><li> 인대 레이어 (계속) : 인대 금형 캐비티에 보도 바디 - 백업 모델 (단계 2.1.1과 2.1.2에서). 한쪽에서 삽입을 시작하고 부드럽게 모델은 금형 캐비티 밖 초과 uncured 실리콘과 공기 방울들을 못살게 굴지 있도록 다른로 이동합니다. 공기 거품이 존재하는 경우, 금형 캐비티, uncured 실리콘과 리필에서 모델을 제거하고 곰팡이로 모델을 누르면 반복합니다. 30 분 동안 오븐에 넣어 몰드는 제거하고, 실내 온도 냉각. 금형에서 모델을 제거합니다. 종이 타월로 여분의 릴리스 에이전트를 제거합니다. </li><li> 피상적인 얇은 판 Propria 계층 : 페인트 브러시와 superifical 얇은 판 propria (SLP) 금형 캐비티 표면에 릴리스 에이전트 얇은 레이어를 적용합니다. 한 부분의 B, 무게에 의해 Ecoflex 00-30, 8 부품 실리콘의 날씬해 보인다고 한 부분을 섞는다. 진공로 이전 완료 및 SLP 금형 캐비티에 부어. 표면의 얇은 판 propria 금형 캐비티에 인대 - 바디 - 백업 모델을 삽입하는 단계 2.1.4에서 설명한 동일한 절차를 사용하십시오. 250 ° F에서 오븐에 넣어 한 시간 동안 치료. 오븐에서 제거하고 냉각 수 있습니다. 표면의 얇은 판 propria 그대로 남아 있도록 천천히 그리고 극단주의 모델을 제거합니다. </li><li> 상피 층 : 아래 후원과 평평한 표면에 놓으십시오 보컬 접을 모델입니다. 면도칼로 지원 자료를 제거합니다. 모델보다 높이 개체를 첨부하여 공중에 스레드를 일시 중지합니다. 실리콘의 응고의 한 부분, 믹스, 진공 하나의 부품 B 한 부분의 드래곤 스킨을 섞어서 다음 모델을 통해 부어 및 치료에 대한 수E 시간. 두꺼운 레이어를 만들 수있는 과정을 반복합니다. 면도칼로 여분의 물질을 제거합니다. </li><li> 옵션 : 각 레이어가 다른 색 (다른 레이어의 보이는 검사)으로 원하는 경우에는 혼합 과정에서 Ecoflex 또는 드래곤 스킨 중의 일부를 B에 염료를 추가합니다. </li><li> 옵션 : 소재 속성 데이터가 수집되는 경우, 각 모델 계층의 제조와 동시에 인장 및 유변학적 표본을 만들 수 있습니다. 원하는 재료 속성 표본 모양과 크기의 릴리스 에이전트 - 대우 금형에 추가 uncured 자료를 붓는하여이 작업을 수행합니다. </li><li> 옵션 : 레이어 두께의 측정이 필요한 경우, 면도칼로 모델의 단면을 잘라 현미경으로 검사한다. </li></ol> 3. 테스트를위한 최종 모델 준비 <ol><li> 먼저 뒤로 (측면)과 측면 (에 실리콘 접착제의 얇은 레이어를 적용하여 아크릴 장착 플레이트에 각 완성된 보컬 접을 모델을 마운트nterior - 후부) 모델 표면. 장착 판의 recessed 컷에 모델을 삽입합니다. 아크릴 판의 상단과 중간 모델 표면을 맞춥니다. 멀리 초과 접착제를 닦아주십시오. 접착제 한 시간 동안 치료하실 수 있습니다. </li><li> 표면 tackiness을 줄이기 위해 모델 표면에 활석 가루를 적용합니다. </li><li> 중간 표면 추적을위한 모델에 점을 표시하는 훌륭한 점 Sharpie 펜을 사용합니다. 마킹은 활석 분말의 응용 후에 이루어집니다 경우 최상의 결과가 발생합니다. </li><li> 기존 모델이 이점 될 수있는 모델을 향해 가리키는 스레드 종료와 함께 장착 판의 구멍을 통해 긴 볼트를 놓습니다. 볼트 이상의 스레드를 놓는다. 모든 공기 격차를 닫습 볼트 이상의 폐쇄 셀 거품을 넣어. </li><li> 마찬가지로 단계 3.1 및 3.2을 사용하여 아크릴 홀더에 탑재되어 다른 보컬 접을 모델이 준비 모델을 두 개 있어요. 거품을 압축하고 욕망 사전 진동 간격에 도달할 때까지 함께 중간 표면을 가지고 나사를 조이십시오. 스레드의 두 세트가 오븐을 배치 수 있도록어 볼트와 앞쪽에 - 후부 방향으로 아크릴 접시에서 바깥쪽으로 확장. </li><li> 공기 공급 튜브에 마운트 보컬 배 쌍. </li><li> 루프를 형성하기 위해 함께 앞쪽에 스레드를 묶어. 뒷부분 스레드 반복합니다. 동시에 루프에서 원하는 무게 만요. </li><li> 모델은 이제 테스트 및 데이터 수집을위한 준비가되어 있습니다. </li></ol> 4. 대표 결과 이 제조 프로세스를 사용하여 만든 한 모델에서 진동 응답 데이터는 다음과 같습니다, 이러한 결과는 전형입니다. 섬유에 적용 약 31g의 긴장으로 발병 압력이 발병 압력 (440 PA) 이상 10 % subglottal 압력 400 아빠야 되었음 모델이 210 ML / s의의 glottal 유량과 115 Hz에서에서 진동 이 값은 인간 (표 3) 사람들을 위해보고 값으로 좋은 계약에 있습니다. 모델 움직임을 분석하는 고속 videokymography를 사용하면 뛰어난 사이의 위상 차이의 증거를 보여주었다차 열등 여백, 즉, 뛰어난 마진은 진동 기간 (그림 3)의 오픈 단계에서 하부 여백을 숨겼고. 음성 접어 모델의 중간 및 하부 표면에 적용되는 점들의 스테레오 이미지에서 추출한 궤도는 모델이 인간 phonation, 점막 파도와 같은 운동, 그리고 낮은 전형적인 것입니다 교류 집중 - 분기하는 프로필을 전시 것으로 나타났다 하부를 이전 모델에 비해 뛰어난 운동 (그림 4). <img alt="표 1." src="/files/ftp_upload/3498/3498table1.jpg" /> 표 1. 모델 기하학 매개 변수 값. <img alt="Table2." src="/files/ftp_upload/3498/3498table2.jpg" /> 표 2. 무게와 보컬 접어 모델의 개별 섹션 영의 계수를 발생하여 혼합 비율. EF와 DS 지정 실리콘은 Ecoflex과 드래곤 스킨 만든각각 14. <img alt="표 3." src="/files/ftp_upload/3498/3498table3.jpg" /> 표 3. 인간과 합성 보컬 배 진동 응답 사이의 비교. <img alt="그림 1." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig1.jpg" /> 그림 1. 합성 보컬 접어 모델 제조 공정. CAD - 파생 솔리드 모델 (왼쪽 패널) 각 계층에 대한 금형 (중앙 패널)을 생성하는 데 사용됩니다. 각 계층은 다음 바디 레이어와 함께 시작하고 상피 층 (오른쪽 패널, 가시의 &quot;뒤로 벗겨&quot;각 레이어 포함)로 끝나는, 캐스팅이다. 제조 후, 모델은 테스트를 위해 아크릴 접시에 탑재하고 있습니다. <img alt="그림 2." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig2.jpg" /> 그림 2. 합성 보컬 접어 모델 크로스 섹션을 참조하십시오. 뚜렷한 몸, 표면 얇은 판의 propria, ligament, 그리고 상피 레이어가 표시됩니다. 매개 변수는 보컬 배 모델 지오메 트리를 정의합니다. 이 수치는 기하학적인 정의를 명확하게 표현에 대한 크기를 조정합니다. 표 1에서 주어진 매개 변수 값을 신청 여기에 표시됩니다 무엇보다 약간 다른 형태로 발생합니다. <img alt="그림 3." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig3.jpg" /> 그림 3. 모델 진동의 고속 kymogram. 우수와 열등 마진의 위치에 대한 견적은 색의 점선에 표시됩니다. 열등하고 우수한 여백 사이의 위상 차이는 분명 있습니다. <img alt="그림 4." src="/files/ftp_upload/3498/3498fig4.jpg" /> 그림 4. 진동하는 동안 시간이 서로 다른 두 인스턴스에서 캡처한 hemilarynx 배치에서 합성 보컬 접어 모델의 중간 표면 프로파일. 잉크 마커 (중간 표면에 놓여 있었다 쉬로) 오른쪽 이미지에서 자신의 두 동기 고속 카메라를 사용하여 몇 군데, 그리고 진동주기 동안 추적. 왼쪽 줄거리는 오프닝 단계에서 수렴 성문을 보여줍하고 오른쪽 줄거리는 마감 단계에서 분기하는 성문을 보여줍니다.

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저자는 공개 아무것도 없어.

인간의 목소리 폴드의 진동과 유사한 동작을 합성 보컬 접어 모델 산출 모델을 fabricating의이 메서드는. 발병 감소 압력 및 향상된 모델 운동의 관점에서 이전과 두 계층 모델 디자인 3,6,8,15에 비해 상당한 장점 (진동, 점막 파도처럼 운동 할 동안 수렴 - 분기하는 프로필에서 멀티 레이어 컨셉 결과 과) 하부 뛰어난 변위를 감소. 여기서 제시하는 방법은 기하학적 측면에서 다소 이상적인 모...

<table border="1"&gt;<tbody&gt;<tr&gt;<td<strong시약의&gt; 이름</strong</td&gt;<td<strong&gt; 회사 소개</strong</td&gt;<td<strong&gt; 카탈로그 번호</strong</td&gt;<td<strong&gt; 코멘트</strong</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 높은 진공 그리스</td&gt;<td&gt; 다우 코닝</td&gt;<td&gt; 01018817</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 폴 - 용이성 2300</td&gt;<td&gt; Polytek</td&gt;<td&gt; 폴 - Ease2300 - 1</td&gt;<td&gt; 릴리스 에이전트</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 매끈한 실상 950</td&gt;<td&gt; 부드러운 -에</td&gt;<td&gt; 매끈한 실상 950</td&gt;<td&gt; 곰팡이 물질을 만드는</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 진공 펌프</td&gt;<td&gt; 에드워즈</td&gt;<td&gt; E2M2</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 진공 상공 회의소</td&gt;<td&gt; Kartell</td&gt;<td&gt; 230</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 압력 게이지</td&gt;<td&gt; 습지 Bellofram</td&gt;<td&gt; 11308252A</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 면도칼</td&gt;<td&gt; 미식 축구에서</td&gt;<td&gt; 008-045 - HKY</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; Ecoflex 00-30</td&gt;<td&gt; 부드러운 -에</td&gt;<td&gt; Ecoflex 00-30</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 실리콘 날씬해 보인다고</td&gt;<td&gt; 부드러운 -에</td&gt;<td&gt; 실리콘 날씬해 보인다고</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 드래곤 스킨</td&gt;<td&gt; 부드러운 -에</td&gt;<td&gt; 드래곤 스킨 10 FAST</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 스레드</td&gt;<td&gt; 오메가</td&gt;<td&gt; OmegaCrys</td&gt;<td&gt;에만 취소 섬유를 사용</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 실리콘 염료</td&gt;<td&gt; 부드러운 -에</td&gt;<td&gt; Silc 돼지 블랙</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 실리콘 접착제</td&gt;<td&gt; 부드러운 -에</td&gt;<td&gt; 실 - Poxy</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 활석 파우더</td&gt;<td&gt; 서양 가족</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;</tbody&gt;</table

synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication

인간의 목소리로 소리가 흐름을 유발 보컬 배 진동을 통해 생산됩니다. 보컬 폴드는 조직의 여러 레이어, 다양한 재료 특성 1 각 구성됩니다. 일반 음성 생산 건강한 조직과 보컬 폴드에 의존하고, 공기 역학적, 구조적 역동적인, 그리고 음향 물리적 현상 사이의 복잡한 결합의 결과로 발생합니다. 음성 장애는 혼자 미국 2 연간 7,500,000까지 영향을 종종 상당한, 금융, 사회, 어려움과 품질의 수명 다른 결과를. 음성 생산의 물리학을 이해하는 것은 임상 예방, 진단, 및 음성 장애의 치료를 포함하여, 크게 음성 치료를 혜택을 가능성이있다. 음성 제작을 공부에 대한 기존 방법은 excised larynges 및 합성 모델을 사용하여 시험 관내 실험에서 인간과 동물의 과목을 사용하여 생체내 실험 및 전산 모델에 포함ING. 위험하고 어려운 악기에 액세스할 때문에, 생체내 실험에서 심각한 범위로 제한됩니다. Excised 후두 실험은 해부학 및 일부 생리 사실주의의 이익을 가지고 있지만, 기하학 및 재료 속성 변수를 포함한 파라메 트릭 연구 제한됩니다. 또한, 그들은 일반적으로 시간이 비교적 짧은 기간 (일반적 분 순서)에 대해 진동하는 유일한 수 있습니다. excised 후두 실험의 한계 중 일부를 극복하고, 합성 보컬 접이식 모델은 음성 제작을 공부에 대한 보완적인 도구로 급부상하고 있습니다. 합성 모델은 건강하고 건강하지 못한 인간의 phonatory 공기 역학, 구조 역학 및 음향 연구에 대한 허용, 기하학 및 재료 속성에 체계적인 변화를 조작하실 수 있습니다. 예를 들면, 그들은 3,4, 임상 기기 개발 5, 후두 공기 역학 6-9, 백성을 비대칭 왼쪽, 오른쪽 보컬 접을을 연구하는 데 사용되었습니다알 배 접촉 압력 10, subglottal 음향 11 (보다 포괄적인 목록이 Kniesburges 외에서 찾을 수 있습니다. 12) 기존 합성 음성 접이식 모델은, 그러나, 중 동질되었습니다 (1 층 모델) 또는 다양한 강성 두 재료 (2 계층 모델)을 사용하여 조작했습니다. 이러한 접근 방식은 보컬 접이식 흐름 유발 진동 응답을 규제에서 중심 역할을 인간의 보컬 주름 하나의 실제 다층 구조의 표현에 대한 허용하지 않습니다. 따라서, 한 두 레이어 합성 보컬 접이식 모델은 인간의 phonation (발병 압력이 진동을 시작하는 데 필요한 최소 폐 압력), 비정상적으로 큰 열등위한 전형보다 높은 발병 압력과 같은 단점에게 3,6,8을 출품했습니다 뛰어난 운동, 그리고 &quot;점막 웨이브&quot;(건강한 사람의 보컬 배 진동의 특징입니다 세로 - 여행 웨이브)의 부족. <p본 논문에서는 클래스 = &quot;jove_content&quot;&gt;, 재료 속성을 다양한 여러 레이어와 함께 모델의 제조가 설명되어 있습니다. (; 섬유 앞쪽에 - 사후 경직이 포함되어 있습니다 즉, 인대), 그리고 근육 (즉, 모델 레이어는 상피, 표면 얇은 판 propria (SLP), 중간 깊이 얇은 판 propria을 포함하여 인간의 보컬 주름의 다층 구조를 시뮬레이션 , 바디) 레이어 1. 결과는 모델보다 향상된 진동 특성을 전시하고 그 쇼를 포함하기 전에 한 두 레이어 발병 인간 발병 압력에 가까운 압력 감소 열등 - 뛰어난 운동, 그리고 점막 파도의 증거를 포함한 합성 모델.

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

합성 음성 접는 모델을 fabricating에 대한 방법론은 설명합니다. 모델은 실물 크기이며, 인간의 보컬 주름의 다층 구조를 모방. 결과는 모델 폐 압력에 비해 압력에 자체 진동과 인간의 보컬 폴드의 것과 유사 흐름 유발 진동 응답을 증명할 보여줍니다.

합성, 멀티 레이어, 셀프 진동 보컬 접어 모델 제작

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 ...

synthetic-multi-layer-self-oscillating-vocal-fold-model-fabrication

Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.9K 조회수.  Brigham Young University. 합성 음성 접는 모델을 fabricating에 대한 방법론은 설명합니다. 모델은 실물 크기이며, 인간의 보컬 주름의 다층 구조를 모방. 결과는 모델 폐 압력에 비해 압력에 자체 진동과 인간의 보컬 폴드의 것과 유사 흐름 유발 진동 응답을 증명할 보여줍니다.

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Engineering Adherent Bacteria by Creating a Single Synthetic Curli Operon

The method described here consists in redesigning E. coli adherence properties by assembling the minimum number of curli genes under the control of a strong and metal-overinducible promoter, and in visualizing and quantifying the resulting gain of bacterial adherence. This method applies appropriate engineering principles of abstraction and standardization of synthetic biology, and results in the BBa_K540000 Biobrick (Best new Biobrick device, engineered, iGEM 2011).
The first step consists in the design of the synthetic operon devoted to curli overproduction in response to metal, and therefore in increasing the adherence abilities of the wild type strain. The original curli operon was modified in silico in order to optimize transcriptional and translational signals and escape the "natural" regulation of curli. This approach allowed to test with success our current understanding of curli production. Moreover, simplifying the curli regulation by switching the endogenous complex promoter (more than 10 transcriptional regulators identified) to a simple metal-regulated promoter makes adherence much easier to control.
The second step includes qualitative and quantitative assessment of adherence abilities by implementation of simple methods. These methods are applicable to a large range of adherent bacteria regardless of biological structures involved in biofilm formation. Adherence test in 24-well polystyrene plates provides a quick preliminary visualization of the bacterial biofilm after crystal violet staining. This qualitative test can be sharpened by the quantification of the percentage of adherence. Such a method is very simple but more accurate than only crystal violet staining as described previously 1 with both a good repeatability and reproducibility. Visualization of GFP-tagged bacteria on glass slides by fluorescence or laser confocal microscopy allows to strengthen the results obtained with the 24-well plate test by direct observation of the phenomenon.

The design of a synthetic operon encoding both the secretory apparatus and the structural monomers of curli fibers is described. Overproduction of these amyloids and adherent polymers allows a measurable gain of adherence of the E. coli chassis1. Easy ways to visualize and quantify adherence are explained.

단일 합성 Curli 오페론을 생성하여 공학 점착성의 박테리아를

The  method described here consists in redesigning E. coli adherence properties by assembling the minimum number of  curli genes under the control of a ...

연구

생체공학

Synthetic Spider Silk Production on a Laboratory Scale

As society progresses and resources become scarcer, it is becoming increasingly important to cultivate new technologies that engineer next generation biomaterials with high performance properties. The development of these new structural materials must be rapid, cost-efficient and involve processing methodologies and products that are environmentally friendly and sustainable. Spiders spin a multitude of different fiber types with diverse mechanical properties, offering a rich source of next generation engineering materials for biomimicry that rival the best manmade and natural materials. Since the collection of large quantities of natural spider silk is impractical, synthetic silk production has the ability to provide scientists with access to an unlimited supply of threads. Therefore, if the spinning process can be streamlined and perfected, artificial spider fibers have the potential use for a broad range of applications ranging from body armor, surgical sutures, ropes and cables, tires, strings for musical instruments, and composites for aviation and aerospace technology. In order to advance the synthetic silk production process and to yield fibers that display low variance in their material properties from spin to spin, we developed a wet-spinning protocol that integrates expression of recombinant spider silk proteins in bacteria, purification and concentration of the proteins, followed by fiber extrusion and a mechanical post-spin treatment. This is the first visual representation that reveals a step-by-step process to spin and analyze artificial silk fibers on a laboratory scale. It also provides details to minimize the introduction of variability among fibers spun from the same spinning dope. Collectively, these methods will propel the process of artificial silk production, leading to higher quality fibers that surpass natural spider silks.

Despite the outstanding mechanical and biochemical properties of spider silks, this material cannot be harvested in large quantities by conventional means. Here we describe an efficient strategy to spin artificial spider silk fibers, which is an important process for investigators studying spider silk production and their use as next-generation biomaterials.

실험실 규모의 합성 거미의 실크 생산

As society progresses and resources become scarcer, it is becoming increasingly important to cultivate new technologies that engineer next generation ...

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Fast and effective diagnostics play an important role in controlling infectious disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we present an integrated microfluidic thermoplastic chip with the ability to amplify influenza A virus in patient nasopharyngeal (NP) swabs and aspirates. Upon loading the patient sample, the microfluidic device sequentially carries out on-chip cell lysis, RNA purification and concentration steps within the solid phase extraction (SPE), reverse transcription (RT) and polymerase chain reaction (PCR) in RT-PCR chambers, respectively. End-point detection is performed using an off-chip Bioanalyzer (Agilent Technologies, Santa Clara, CA). For peripherals, we used a single syringe pump to drive reagent and samples, while two thin film heaters were used as the heat sources for the RT and PCR chambers. The chip is designed to be single layer and suitable for high throughput manufacturing to reduce the fabrication time and cost. The microfluidic chip provides a platform to analyze a wide variety of virus and bacteria, limited only by changes in reagent design needed to detect new pathogens of interest.

An integrated microfluidic thermoplastic chip has been developed for use as a molecular diagnostic. The chip performs nucleic acid extraction, reverse transcriptase, and PCR. Methods for fabricating and running the chip are described.

마이크로 유체 칩 제작 및 인플루엔자을 감지하는 방법

Fast  and effective diagnostics play an important role in controlling infectious  disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we ...

Generation of Shear Adhesion Map Using SynVivo Synthetic Microvascular Networks

Cell/particle adhesion assays are critical to understanding the biochemical interactions involved in disease pathophysiology and have important applications in the quest for the development of novel therapeutics. Assays using static conditions fail to capture the dependence of adhesion on shear, limiting their correlation with in vivo environment. Parallel plate flow chambers that quantify adhesion under physiological fluid flow need multiple experiments for the generation of a shear adhesion map. In addition, they do not represent the in vivo scale and morphology and require large volumes (~ml) of reagents for experiments. In this study, we demonstrate the generation of shear adhesion map from a single experiment using a microvascular network based microfluidic device, SynVivo-SMN. This device recreates the complex in vivo vasculature including geometric scale, morphological elements, flow features and cellular interactions in an in vitro format, thereby providing a biologically realistic environment for basic and applied research in cellular behavior, drug delivery, and drug discovery. The assay was demonstrated by studying the interaction of the 2 &#181;m biotin-coated particles with avidin-coated surfaces of the microchip. The entire range of shear observed in the microvasculature is obtained in a single assay enabling adhesion vs. shear map for the particles under physiological conditions.

Flow chambers used in adhesion experiments typically consist of linear flow paths and require multiple experiments at different flow rates to generate a shear adhesion map. SynVivo-SMN enables the generation of shear adhesion map using a single experiment utilizing microliter volumes resulting in significant savings in time and consumables.

SynVivo 합성 미세 혈관의 네트워크를 사용하여 전단 접착지도의 생성

Cell/particle adhesion assays are critical to understanding the biochemical interactions involved in disease pathophysiology and have important ...

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

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. Polyps and nodules, which are geometric abnormalities that form on the medial surface of the vocal folds, can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Our laboratory has reported particle image velocimetry (PIV) measurements, within an investigation of a model polyp located on the medial surface of an in&#160;vitro driven vocal fold model, which show that such a geometric abnormality considerably disrupts the glottal jet behavior. This flow field adjustment is a likely reason for the severe degradation of the vocal quality in patients with polyps. A more complete understanding of the formation and propagation of vortical structures from a geometric protuberance, such as a vocal fold polyp, and the resulting influence on the aerodynamic loadings that drive the vocal fold dynamics, is necessary for advancing the treatment of this pathological condition. The present investigation concerns the three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted prolate hemispheroid with a 2:1 aspect ratio in cross flow, i.e. a model vocal fold polyp, using an oil-film visualization technique. Unsteady, three-dimensional flow separation and its impact of the wall pressure loading are examined using skin friction line visualization and wall pressure measurements.

Vocal fold polyps can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted model polyp and its impact on the wall pressure loading are examined using particle image velocimetry, skin friction line visualization, and wall pressure measurements.

모델 보컬 폴드 폴립에 의해 유도된 3차원 유동 분리 조사

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

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.

소설 보컬 폴드 생물 반응기의 구조 및 특성

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

포토 리소그래피에 의해 고분자 미세 바늘 어레이 제작

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Using Synthetic Biology to Engineer Living Cells That Interface with Programmable Materials

We have developed an abiotic-biotic interface that allows engineered cells to control the material properties of a functionalized surface. This system is made by creating two modules: a synthetically engineered strain of E. coli cells and a functionalized material interface. Within this paper, we detail a protocol for genetically engineering selected behaviors within a strain of E. coli using molecular cloning strategies. Once developed, this strain produces elevated levels of biotin when exposed to a chemical inducer. Additionally, we detail protocols for creating two different functionalized surfaces, each of which is able to respond to cell-synthesized biotin. Taken together, we present a methodology for creating a linked, abiotic-biotic system that allows engineered cells to control material composition and assembly on nonliving substrates.

This paper presents a series of protocols for developing engineered cells and functionalized surfaces that enable synthetically engineered E. coli to control and manipulate programmable material surfaces.

살아있는 세포를 엔지니어하는 합성 생물학을 사용하여 해당 프로그램 자료와 인터페이스

We have developed an abiotic-biotic interface that allows engineered cells to control the material properties of a functionalized surface. This system is ...

Fabrication of Decellularized Cartilage-derived Matrix Scaffolds

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage research has focused on the development of regenerative scaffolds. This article describes the development of scaffolds that are completely derived from natural cartilage extracellular matrix, coming from an equine donor. Potential applications of the scaffolds include producing allografts for cartilage repair, serving as a scaffold for osteochondral tissue engineering, and providing in vitro models to study tissue formation. By decellularizing the tissue, the donor cells are removed, but many of the natural bioactive cues are thought to be retained. The main advantage of using such a natural scaffold in comparison to a synthetically produced scaffold is that no further functionalization of polymers is required to drive osteochondral tissue regeneration. The cartilage-derived matrix scaffolds can be used for bone and cartilage tissue regeneration in both in vivo and in vitro settings.

Decellularized cartilage-derived scaffolds can be used as a scaffold to guide cartilage repair and as a means to regenerate osteochondral tissue. This paper describes the decellularization process in detail and provides suggestions to use these scaffolds in in vitro settings.

Decellularized 연골 파생 매트릭스 건설 기계 제조

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage ...

Preparing Protein Producing Synthetic Cells using Cell Free Bacterial Extracts, Liposomes and Emulsion Transfer

The bottom-up assembly approach for construction of synthetic cells is an effective tool for isolating and investigating cellular processes in a cell mimicking environment. Furthermore, the development of cell-free expression systems has demonstrated the ability to reconstitute the protein production, transcription and translation processes (DNA&#8594;RNA&#8594;protein) in a controlled manner, harnessing synthetic biology. Here we describe a protocol for preparing a cell-free expression system, including the production of a potent bacterial lysate and encapsulating this lysate inside cholesterol-rich lipid-based giant unilamellar vesicles (GUVs) (i.e., stable liposomes), to form synthetic cells. The protocol describes the methods for preparing the components of the synthetic cells including the production of active bacterial lysates, followed by a detailed step-by-step preparation of the synthetic cells based on a water-in-oil emulsion transfer method. These facilitate the production of millions of synthetic cells in a simple and affordable manner with a high versatility for producing different types of proteins. The obtained synthetic cells can be used to investigate protein/RNA production and activity in an isolated environment, in directed evolution, and also as a controlled drug delivery platform for on-demand production of therapeutic proteins inside the body.

This protocol describes the method, materials, equipment and steps for bottom-up preparation of RNA and protein producing synthetic cells. The inner aqueous compartment of the synthetic cells contained the S30 bacterial lysate encapsulated within a lipid bilayer (i.e., stable liposomes), using a water-in-oil emulsion transfer method.

세포가 없는 세균 추출물, 리포좀 및 에멀젼 전달을 사용하여 합성 세포를 생산하는 단백질 을 준비합니다.

The bottom-up assembly approach for construction of synthetic cells is an effective tool for isolating and investigating cellular processes in a cell ...