La fabrication 3D micro-nano traditionnelle est longtemps restée prisonnière de la cage « un seul matériau » – quelle que soit la sophistication de la conception structurelle, le résultat final ne pouvait être constitué que de polymères, comme si l'on disposait d'un logiciel de modélisation ultime mais seulement d'une poignée d'argile. Aujourd'hui, cette barrière matérielle vieille de vingt ans a été brisée par un « flux de lumière ».

Une équipe conjointe de l'Institut Max Planck pour les systèmes intelligents en Allemagne et de l'Université nationale de Singapour a développé avec succès une technologie d'auto-assemblage 3D basée sur l'effet photohydrodynamique, réalisant pour la première fois la mise en forme libre de micro-nano structures à partir de divers matériaux fonctionnels tels que les métaux, les oxydes métalliques, les matériaux carbonés et les semi-conducteurs. Cette recherche, publiée le 1er février 2026 dans la revue Nature, a été qualifiée de changement de paradigme dans le domaine de la fabrication micro-nano, passant « d'une seule argile à une boîte à outils complète ».

I. Points forts scientifiques et technologiques : trois clés pour débloquer « la sculpture de toute chose »

1. Mécanisme central : la « main du flux de lumière » pilotée par laser femtoseconde

La polymérisation biphotonique (2PP) traditionnelle repose sur des photoamorceurs pour réticuler et durcir la résine liquide, limitant naturellement le choix des matériaux. La nouvelle technologie abandonne complètement la voie photochimique et utilise plutôt un laser femtoseconde pour induire un gradient thermique local dans une suspension de nanoparticules.

Lorsque le laser est focalisé sur un point de la solution, le chauffage instantané crée un « point chaud » microscopique, entraînant une convection directionnelle du fluide environnant – cette micro-force, appelée « flux de lumière », agit comme une main mécanique invisible mais précise, poussant les nanoparticules/microparticules en suspension dans une cavité de moule prédéfinie, s'accumulant couche par couche pour former la structure. Les propriétés chimiques du matériau lui-même sont sans importance ; la structure est constituée de ce que sont les particules.

2. Percée technologique : la géométrie libre guidée par micro-moules

L'équipe a introduit le concept de « moules polymères amovibles », dont les parois latérales sont dotées d'ouvertures micrométriques servant d'entrée unique pour les particules. Le flux de lumière guide avec précision les particules dans la cavité du moule, remplissant même des surfaces courbes complexes ou des structures en porte-à-faux. Après formage, le moule est dissous par un post-traitement doux, laissant une microstructure pure constituée uniquement du matériau cible, sans résidu organique.

Les géométries de moules validées expérimentalement incluent le cube, la sphère, l'anneau, ainsi qu'une surface 3D en forme de croissant particulièrement difficile – les images au microscope électronique à balayage montrent que la structure courbe assemblée à partir de nanoparticules de dioxyde de silicium présente une surface lisse et des arêtes nettes, sans affaissement ni fissure.

3. Validation des performances : la stabilité mécanique assurée par les forces de van der Waals

Bien qu'il n'y ait pas de liaison chimique entre les particules, les forces de van der Waals à l'échelle nanométrique sont suffisantes pour assurer l'auto-portance. Toutes les structures testées ont démontré une excellente stabilité mécanique lors du séchage, du transfert et des manipulations ultérieures, jetant les bases de l'intégration de dispositifs fonctionnels.

II. Perspectives d'application : des « structures de démonstration » aux « systèmes fonctionnels »

Jalons déjà atteints : deux dispositifs fonctionnels miniatures

L'équipe de recherche n'a pas seulement démontré des formes complexes, elle a directement fabriqué des systèmes miniatures opérationnels :

Micro-vanne de filtration

Assemblée à partir de particules de dioxyde de silicium, avec des canaux internes de dimensions précisément contrôlables, elle peut séparer des particules mélangées par taille dans une puce microfluidique, démontrant une capacité réelle de manipulation des fluides.

Microrobot à intégration multi-matériaux

Une même structure intègre des zones de matériaux différents, lui permettant à la fois d'avancer sous l'effet d'un champ lumineux et de changer de mode de mouvement sous l'application d'un champ magnétique externe. Cette capacité de réponse multi-champs est impossible avec un dispositif en polymère unique, fournissant une base matérielle réelle pour les « muscles » et le « squelette » des microrobots.

Trois axes d'expansion futurs majeurs

1. Administration intelligente de médicaments

Possibilité de fabriquer des microcapsules entièrement fonctionnelles contenant une couche de navigation magnétique, une cavité porteuse de médicament et une vanne de libération contrôlable, permettant un ciblage et une libération à la demande.

2. Microrobots chirurgicaux intracorporels

L'intégration de métaux et de semi-conducteurs signifie que des modules électriques d'entraînement, de détection et de communication peuvent être implantés, avec une taille réduite à l'échelle cellulaire.

3. Micro-détection haute densité et optoélectronique

Formage direct de microstructures en oxydes semi-conducteurs (comme ZnO, TiO₂) pour des capteurs de gaz ultra-miniatures, des métasurfaces optiques ou de l'interconnexion photonique sur puce.

III. Valeur industrielle : combler le vide de la « microfabrication fonctionnelle »

Les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) actuels reposent sur la photolithographie/gravure, limités aux procédés planaires sur silicium ; l'impression 3D par polymérisation biphotonique peut créer des morphologies complexes, mais reste confinée aux polymères. Cette technologie établit pour la première fois un pont entre « géométrie arbitraire » et « matériau arbitraire », et son équipement de base est un système laser femtoseconde commercial, sans besoin de développer une ligne de production lithographique à partir de zéro, ce qui rend les coûts de transfert de technologie contrôlables.

Pour la fabrication d'équipements de haute technologie, cette percée signifie que le « corps » des microrobots n'a plus besoin d'être modelé uniquement en plastique, mais peut posséder un squelette métallique, des nerfs semi-conducteurs et une peau en oxydes.

Source : Institut Max Planck pour les systèmes intelligents (Allemagne), Université nationale de Singapour ; Titre : Fabrication 3D micro-nano pilotée par flux de lumière : Intégration de microsystèmes multifonctionnels dépassant les limites des matériaux polymères (Note : la source d'information ne fournissait pas le titre original anglais de l'article ; il s'agit d'un titre académique standard compilé à partir du contenu du reportage, correspondant précisément à la contribution centrale de la recherche) Publié dans : Nature (1er février 2026).