Publié le 14 janvier 2026 à 17h00. Des chercheurs ont mis au point des cils artificiels, fabriqués à partir d’hydrogel, capables de mouvements aussi précis que leurs homologues biologiques, ouvrant la voie à des avancées en biomédecine et en microrobotique.
- Des scientifiques ont créé des cils artificiels d’hydrogel d’une taille micrométrique (18 µm de long, 2 µm de diamètre) capables de se déplacer de manière contrôlée grâce à un champ électrique.
- Cette technologie permet de reproduire les mouvements complexes des cils naturels, essentiels à de nombreuses fonctions biologiques, comme la maturation des cellules nerveuses ou le transport de l’ovule.
- Les tests ont démontré la durabilité de ces cils artificiels, capables de fonctionner plus de 330 000 cycles, et leur compatibilité avec des fluides biologiques.
Les cils, ces minuscules structures biologiques présentes dans de nombreux organismes vivants, jouent un rôle crucial dans des processus physiologiques essentiels. Leur mouvement rythmique, à une fréquence de 5 à 40 Hz, est indispensable au bon fonctionnement de plusieurs organes. Dans le cerveau humain, ils contribuent à la maturation des cellules nerveuses. Dans les poumons, ils assurent le nettoyage des voies respiratoires. Et dans le système reproducteur féminin, ils permettent le transport de l’ovule vers la trompe de Fallope. Un dysfonctionnement ou une détérioration des cils peut entraîner des troubles neurologiques, des problèmes respiratoires, des difficultés de reproduction et des malformations congénitales.
C’est dans ce contexte que des chercheurs du département d’intelligence physique de l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents (MPI-IS) de Stuttgart, de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong et de l’Université Koç d’Istanbul ont développé ces cils artificiels innovants. Fabriqués à partir d’hydrogel, ils peuvent être déplacés individuellement ou en groupe grâce à l’application d’un champ électrique. Leurs travaux, intitulés « Microactionneurs d’hydrogel ciliaire à basse tension imprimés en 3D », seront publiés le 14 janvier dans la revue Nature.
Chaque cil artificiel mesure seulement 18 micromètres de long pour un diamètre d’environ 2 micromètres, une taille comparable à celle des cils naturels. Les chercheurs ont disposé des centaines de ces micro-actionneurs sur un substrat flexible, intégrant des électrodes. Quatre petites électrodes entourent chaque cil. Lorsqu’elles sont activées, elles créent un champ électrique qui met en mouvement les ions présents dans l’hydrogel. Cette migration contrôlée des ions provoque le mouvement du cil.
En modulant l’alimentation électrique des électrodes, les chercheurs peuvent faire plier ou pivoter les cils d’hydrogel. L’activation des électrodes d’un côté pousse les ions du gel dans cette direction, courbant ainsi le cil. Pour faire tourner le cil, les quatre électrodes sont allumées séquentiellement, créant un déplacement circulaire des ions et entraînant la rotation du cil.
« À petite échelle, l’utilisation de signaux électriques pour contrôler le mouvement des ions s’est avérée être une méthode extrêmement efficace. Le corps humain, par exemple, utilise des signaux électriques musculaires pour contrôler la distribution des ions dans les tissus musculaires, générant ainsi du mouvement »,
Zemin Liu, chercheur postdoctoral à l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents
Zemin Liu ajoute : « Inspirés par ce principe, nous avons développé des hydrogels de la taille du micron, pilotés par des ions. Tout comme les muscles humains, ces hydrogels se déplacent lorsque des signaux électriques contrôlent les ions qu’ils contiennent. Dans nos recherches, nous n’avons utilisé que 1,5 volt, ce qui est inférieur au seuil d’électrolyse dans les environnements aqueux et est donc totalement sûr, par exemple lorsqu’il est utilisé dans le corps humain. »
La fabrication de ces minuscules cils a été réalisée grâce à une technique appelée polymérisation à deux photons (2PP). L’équipe a imprimé les cils d’hydrogel couche par couche, à l’échelle nanométrique, afin d’optimiser la structure du réseau d’hydrogel et, par conséquent, leurs performances.
« Le liquide dans notre hydrogel se déplace très rapidement parce que nous avons créé de minuscules pores de taille nanométrique dans tout le matériau. Ces pores agissent comme des autoroutes miniatures qui permettent au liquide de s’écouler plus rapidement et en plus grandes quantités, ce qui entraîne des mouvements plus forts et plus efficaces »,
Wenqi Hu, professeur adjoint à l’Université des sciences et technologies de Hong Kong
Wenqi Hu précise : « Grâce à notre technologie de fabrication, même une très basse tension suffit à générer un champ électrique puissant qui entraîne le déplacement rapide des ions. Grâce à la structure des pores et au champ électrique puissant, nos cils artificiels peuvent réagir extrêmement rapidement. »
L’équipe a soumis ses cils robotiques microscopiques à plus de 330 000 cycles de test. Les minuscules structures n’ont montré que très peu de signes d’usure, un nombre de cycles équivalent à environ une journée complète de mouvement continu à 5 Hz – soit une durée comparable à la durée de vie naturelle des cils biologiques. Les chercheurs ont également démontré que leurs cils artificiels fonctionnaient dans divers fluides, y compris des fluides biologiques tels que le sérum humain ou le plasma de souris.
« Dans le passé, les chercheurs ne pouvaient qu’observer le comportement des cils naturels. Nous disposons enfin d’une plate-forme robotique qui nous permet d’étudier les cils en action : comment ils se déplacent, comment ils travaillent ensemble en groupe et quels types de fluides ils peuvent transporter ou mélanger »,
Metin Sitti, président de l’université de Koç à Istanbul
Metin Sitti conclut : « Ces cils en hydrogel pourraient un jour être utilisés en biomédecine pour restaurer ou remplacer des cils endommagés. En tant qu’avancée importante dans la technologie de la micropropulsion, ils ouvrent également de nouvelles possibilités pour la construction de systèmes robotiques miniatures, tels que la micromachine flottante que nous avons présentée dans ce travail. »
Cette technologie ouvre la voie à plusieurs applications futures prometteuses :
(1) Une nouvelle plateforme pour étudier le fonctionnement des cils biologiques : les chercheurs peuvent désormais utiliser cet arrangement artificiel de cils pour tester précisément la façon dont les cils naturels se déplacent, comment ils interagissent et comment ils contribuent à des tâches importantes telles que le développement, la détection de l’environnement et le déplacement des fluides.
(2) Des applications médicales potentielles : les cils en hydrogel, souples et contrôlables, pourraient inspirer de futurs dispositifs thérapeutiques conçus pour remplacer ou soutenir des cils endommagés dans le corps humain, en particulier dans les maladies où les cils naturels de nos systèmes respiratoire et reproducteur, ainsi que dans les ventricules cérébraux, ne fonctionnent plus correctement.
(3) Une base pour les microrobots de nouvelle génération : l’actionnement rapide et sans contrainte présenté dans ce travail pourrait être utilisé pour développer de nouveaux types de robots minuscules, d’outils microfluidiques et de systèmes d’ingénierie avancés à petite échelle.
Publication :
Zemin Liu, Che Wang, Ziyu Ren, Chunxiang Wang, Wenkang Wang, Jongkuk Ko, Shanyuan Song, Chong Hong, Xi Chen, Hongguang Wang, Wenqi Hu et Metin Sitti
DOI : 10.1038/s41586-025-09944-6
« Microactionneurs d’hydrogel ciliaire imprimés en 3D à basse tension »
Contacts scientifiques :
Dr Zemin Liu
Chercheur postdoctoral
Institut Max Planck pour les systèmes intelligents
[email protected]
Publication originale :
DOI : 10.1038/s41586-025-09944-6
« Microactionneurs d’hydrogel ciliaire imprimés en 3D à basse tension »
Informations complémentaires :
https://www.is.mpg.de/news
Lien vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=NalZmgF_u8o
Images et descriptions des images : https://keeper.mpdl.mpg.de/d/00b3a6514314477ab0ce/
Crédit image : MPI-IS
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Caractéristiques de ce communiqué de presse :
Journalistes, scientifiques, grand public
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