Un gruppo di ricerca composto da Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) e Koç University ha realizzato micro-strutture in idrogel che imitano il comportamento delle ciglia naturali (i “flimmerhärchen” citati in tedesco). Le ciglia biologiche sono fondamentali in molti processi: aiutano a rimuovere muco e particolato nelle vie respiratorie, contribuiscono al trasporto di fluidi in vari distretti e partecipano a meccanismi riproduttivi e di sviluppo. Il punto critico, finora, è sempre stato riprodurre in modo controllabile il loro battito 3D ad alta frequenza, tipicamente nell’intervallo 5–40 Hz, senza ricorrere a sistemi troppo ingombranti o poco scalabili.
Pubblicazione su Nature e identificativi dello studio
Il lavoro è stato pubblicato su Nature il 14 gennaio 2026 con il titolo “3D-printed low-voltage-driven ciliary hydrogel microactuators” e DOI 10.1038/s41586-025-09944-6. L’autorialità e la comunicazione istituzionale ruotano attorno ai gruppi di MPI-IS (Stoccarda), HKUST e Koç University (Istanbul), con dichiarazioni attribuite a ricercatori come Zemin Liu (primo autore, nelle comunicazioni), Wenqi Hu e Metin Sitti.
Come vengono fabbricate: microstampa con polimerizzazione a due fotoni (2PP)
Per ottenere geometrie paragonabili a quelle delle ciglia reali, il team ha usato la polimerizzazione a due fotoni (Two-Photon Polymerization, 2PP), una tecnica di micro/nano-fabbricazione che consente dettagli molto fini e forme 3D complesse, spesso impiegata quando serve controllo micrometrico su strutture polimeriche o idrogel. In questo caso la 2PP permette di produrre “micro-ciglia” con ripetibilità elevata, requisito essenziale per costruire array (tappeti) di elementi che lavorano insieme in modo coordinato.
Materiale e dimensioni: idrogel “ionico” e micro-ciglia da pochi micrometri
Dalle descrizioni accessibili dello studio emerge l’uso di un idrogel a base di copolimero acrylic acid–co–acrylamide (AAc-co-AAm) con modulo elastico nell’ordine di ~1.000 Pa (scala tipica dei materiali molto soffici). Le dimensioni dichiarate variano in funzione delle configurazioni: diametri nell’intervallo 2–10 µm e altezze 18–90 µm; la comunicazione divulgativa riporta spesso l’esempio “~18 µm di lunghezza e ~2 µm di diametro” per sottolineare la vicinanza alle ciglia naturali.
Attuazione elettrica a bassa tensione: movimento rapido senza superare la soglia di elettrolisi
Il funzionamento si basa su campi elettrici che inducono migrazione ionica e movimento dell’acqua nella rete dell’idrogel, generando piegamenti e moti tridimensionali. Nelle comunicazioni del progetto viene indicato l’uso di 1,5 V, valore presentato come inferiore alla soglia di elettrolisi in ambienti acquosi, con l’obiettivo di rendere il principio compatibile con scenari bio-ispirati e, in prospettiva, biomedicali. Un aspetto chiave è la possibilità di controllare le micro-ciglia singolarmente o in gruppo, modulando la traiettoria del moto (inclusi comportamenti di bending/rotazione) fino a frequenze confrontabili con quelle naturali.
Porosità nanometrica e resistenza: perché la microstruttura dell’idrogel conta
Un elemento tecnico evidenziato dal team è la micro/nanostruttura porosa dell’idrogel: canali molto piccoli facilitano il trasporto di acqua e ioni e quindi migliorano rapidità e ripetibilità dell’attuazione. In test di durata vengono citati oltre 330.000 cicli con usura limitata e funzionamento in più fluidi (nelle comunicazioni si menzionano anche condizioni che includono siero umano), dato importante per qualsiasi applicazione microfluidica o bio-compatibile, dove l’ambiente di lavoro raramente è “acqua distillata” e le prestazioni devono restare stabili nel tempo.
Cosa abilita: microfluidica programmabile, trasporto particelle e piattaforme sperimentali “tipo biologico”
Dal punto di vista applicativo, l’interesse principale è la manipolazione di fluidi su scala microscopica: array di micro-ciglia possono generare flussi locali, mescolare, creare vortici controllati e muovere particelle. Nelle comunicazioni viene anche citata una dimostrazione in forma di micromacchina a battito (“flapping micromachine”) e l’idea di una piattaforma robotica utile a studiare come le ciglia reali cooperano quando lavorano “a tappeto” (dinamiche collettive, trasporto, mixing). Questo tipo di controllo è rilevante per dispositivi lab-on-a-chip, micro-reattori, e più in generale per la microfluidica in cui pompe e valvole tradizionali diventano difficili da miniaturizzare.
Nel panorama delle “ciglia artificiali”: perché questa soluzione è diversa da approcci magnetici o pneumatici
Le ciglia artificiali sono un tema consolidato nella microfluidica: esistono approcci basati su campi magnetici, attuazione pneumatica o altre strategie elettroattive. Una differenza che viene sottolineata per questa ricerca è la combinazione di: fabbricazione 3D con controllo geometrico fine (2PP), attuazione elettrica a bassa tensione, risposta rapida e possibilità di programmazione locale. Nella letteratura di revisione sulle ciglia artificiali, la scelta dell’attuazione è spesso un compromesso tra complessità del setup, scalabilità degli array e precisione del movimento; qui il progetto prova a spostare l’equilibrio verso array controllabili con elettronica integrata e microstrutture “stampate su misura”.
Prospettive biomedicali: sostituzione/recupero di ciglia e dispositivi bio-ispirati
Nelle dichiarazioni riportate, il team indica come traiettorie future sia l’uso in biomedicina (ad esempio come concetto per ripristinare o sostituire ciglia danneggiate) sia l’impiego in sistemi micro-robotici e microfluidici dove servono attuatori soffici, ripetibili e altamente miniaturizzati. Prima di arrivare a un’applicazione clinica restano però passaggi obbligati: validazione della stabilità a lungo termine, valutazioni di biocompatibilità/materiali e integrazione in dispositivi completi (non solo la singola “ciglia”, ma un sistema con alimentazione, controllo e interfaccia con il tessuto o con il microcanale).
