Processo de Fabricação para Modelos de Pregas Vocais Supermacias Não Aderentes

Modelos de pregas vocais são utilizados para simular e investigar a produção da voz humana em condições normais e^{patológicas1,2}. Um dos maiores desafios na criação de modelos de pregas vocais é alcançar uma suavidade realista e flexibilidade que se aproxime muito das dos seres humanos. Para atingir essas propriedades, são frequentemente utilizados elastômeros de silicone, que são diluídos com altas quantidades de óleo de silicone para atingir os módulos de elasticidade correspondentes ^3,4. Outro fator crucial na criação de modelos realistas de pregas vocais é a camada, pois as pregas vocais consistem em múltiplas camadas de suavidade variável, que determinam o padrão de vibração induzida pelo fluxo e a frequência na qual a vibração é possível.

Neste estudo, criamos um modelo típico de prega vocal. Utilizou-se a geometria comum fornecida por Scherer5, que representa dimensões típicas de pregas vocais masculinas com 17 mm de comprimento segundo Zhang⁶ e consiste em três camadas: uma camada para o músculo vocal (camada corporal), uma para toda a camada mucosa (camada de cobertura) e uma para o epitélio. Essa estrutura pode ser vista no corte coronal na Figura 1.

Figura 1: Corte coronal dos módulos laríngeos. Corte coronal dos módulos laríngeos ilustrando a maior largura das pregas vocais (8,5 mm). Cada prega vocal é composta por uma camada corporal, uma camada de cobertura e uma camada de epitélio. Este número foi modificado de¹³. Reproduzido de Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Efeito das paredes onduladas da traqueia sobre a pressão de início da oscilação das pregas vocais de silicone. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) com a permissão da Acoustical Society of America. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Outras publicações utilizam parcialmente apenas uma camada⁷, duas camadas sem camada^{epitelial 2} ou modelam a mucosa com múltiplas camadas³. Normalmente, as camadas são moldadas de dentro para fora, ou seja, começando com a camada mais profunda. O epitélio, muito fino com 30 μm de espessura, é lançado na extremidade sobre todo o corpo para envolvê-lo com uma pele resistente⁸.

A camada de cobertura no modelo é a parte mais macia, com módulo de Young de cerca de 1,1 kPa⁹. Para a camada corporal, o módulo de Young aproximado na direção transversal usando medidas in vitro ¹⁰ é de 2 kPa. In vivo, o módulo de Young do músculo tireoaritenoideo pode estar maior devido à presença de fibras no sentido longitudinal, bem como à possível tensão do músculo. Para conseguir esse módulo de Young extremamente baixo, é necessário adicionar uma alta quantidade de óleo de silicone à mistura de silicone (aproximadamente 72%). No entanto, o fabricante desaconselha fortemente o uso de uma proporção de óleo superior a 5%. Em geral, a adição de óleo de silicone ao elastômero tem como objetivo aumentar o fluxo e o tempo de gotejamento, bem como reduzir o encolhimento do polímero de silicone curado. Ajuda o silicone a curar de forma mais uniforme, reduzindo assim o estresse no material. Seu objetivo é otimizar a moldabilidade e as propriedades do material curado, ao invés de aumentar sua maciez, embora isso também seja uma consequência. Isso ocorre porque o óleo de silicone é quimicamente inerte, ou seja, não pode se polimerizar e não está integrado à rede do polímero de silicone¹¹. Em vez disso, permanece como uma fase líquida na matriz polimérica, enfraquecendo a estrutura do polímero em níveis mais altos e potencialmente fazendo com que ele se dissolva do material curado e adera à superfície. Como resultado, outras propriedades negativas, como distúrbios de cura, vulcanização irregular, encolhimento químico e fragilidade são possíveis. Modelos de pregas vocais com alto teor de óleo de silicone foram investigados em relação ao envelhecimento e reprodutibilidade, e verificou-se que há uma grande variabilidade nas propriedades dos diferentes modelos e uma mudança em suas propriedades ao longo do^tempo11.

Na produção de modelos de pregas vocais de forma ^{convencional7,12}, a aderência da camada epitelial pode ser um problema, pois pode afetar a homogeneidade da vibração e levar à ruptura do epitélio. Embora o silicone usado para fazer o epitélio não seja diluído, pode-se supor que o óleo que vaza da camada mucosa vizinha tenha efeitos semelhantes sobre o silicone como se tivesse sido diluído. O problema da aderência foi resolvido com a adição de vários pós, como talco ou pó de carbono, como camada intermediária entre a mucosa e a camada epitelial¹². Essa abordagem pode ter sido bem-sucedida porque o óleo foi parcialmente absorvido pelo pó e, como resultado, a aderência da superfície epitelial pôde ser reduzida.

Nesta publicação, mostramos que o problema da aderência pode ser contornado por uma pequena modificação no processo de confecção das pregas vocais. Alterando a ordem das camadas e começando com o silicone epitelial não diluído (o chamado silicone fechado), modelos de pregas vocais supermacias não pegajosas podem ser produzidos. Essa mudança envolve tipos incomuns de moldes e métodos que são melhor apresentados e explicados na forma de um vídeo. Neste trabalho, descrevemos detalhadamente nosso processo de fabricação e demonstramos como as propriedades dos modelos de pregas vocais podem ser caracterizadas em uma aplicação.