本发明属于纳米材料制备，具体是一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法及装置，还涉及该纳米针阵列的用途，纳米针可形成实心、多孔或双孔隙率结构，适用于生物组织相互作用、活检及生物制剂局部递送等医疗场景。
背景技术：
1、纳米结构在光电设备、传感器和医疗设备等诸多领域应用广泛，其中，纳米针阵列作为新兴的医疗器械形式，应用于生物系统和医疗领域的活检和药物递送方面效果显著，纳米针是高纵横比纳米级材料，可分为实心、多孔或空心纳米针；
2、传统的纳米针阵列在不透明及刚性半导体上制备，传统纳米针阵列转移率通常低于80%，且负载量限于1-2μg/cm²；限制了其在医疗应用中的功能，一方面，纳米针阵列的不透明性使得通过光学显微镜技术观察其与生物组织的相互作用变得具有挑战性；另一方面，纳米针阵列的刚性导致其无法贴合非平面组织表面，且在变形时易断裂，降低了对组织的应用效果，此外，许多现有技术中的纳米针阵列为无孔（固体）结构，通常不可降解，且吸收物质的能力有限，难以高效承载来自组织样本的分子或待施用于组织的治疗/诊断剂，同时，传统制备方法中纳米阵列的转移率较低、结构稳定性不足，进一步限制了其实际应用。
3、鉴于现有技术存在的上述缺陷和不足，本发明提供一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法及装置，能够通过优化工艺参数和转移方式，以简单有效的方式实现纳米阵列的高效分离与转移，解决传统纳米针阵列在透明度、柔韧性、载荷能力、转移率及结构稳定性上的多重不足。
技术实现思路
1、为解决现有技术的问题，本发明提供一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法及装置，该方法操作简便、可控性强，制备的纳米针阵列具有柔性、透明特性、高孔隙率及优异的生物相容性，适用于多种医疗场景，包括以下步骤；
2、1）提供被图案化的且以定义掩模的原始衬底；
3、其中，所述掩模包括介电纳米点阵列，所述在原始衬底中待蚀刻的区域沉积有金属层；对原始衬底进行金属辅助化学刻蚀（mace）以形成纳米柱阵列；
4、2）在原始衬底上旋涂形成中间夹层，且在中间夹层上旋涂柔性/透明衬底；
5、其中，所述柔性/透明衬底和中间夹层由不同的材料形成；
6、3）通过在原始衬底和纳米柱阵列的界面处施加机械应力，将纳米柱阵列与原始衬底分离并消除中间夹层；
7、其中，消除中间夹层可以在从原始衬底分离之前/之后进行；
8、4）对柔性/透明衬底上的纳米柱阵列进行二次刻蚀以形成纳米针阵列。
9、优选的，所述化学刻蚀可使纳米柱形成多孔结构，所述二次刻蚀包括离子刻蚀，且为干法刻蚀中的反应离子刻蚀，且二次刻蚀也可使纳米柱形成多孔结构。
10、优选的，所述原始衬底包括硅衬底，所述柔性/透明衬底可选自水凝胶衬底/聚二甲基硅氧烷衬底。
11、优选的，所述柔性/透明衬底为聚二甲基硅氧烷衬底时，重量比为10:1，旋涂速度100-6000rpm、时间10min，聚合温度70℃、时间2h，室温放置过夜；不同旋涂速度对应pdms膜厚：1000rpm时11000-12000nm，1500rpm时8150-9000nm，4000rpm时5000-5500nm。
12、优选的，所述二次刻蚀在纳米柱阵列与原始衬底分离后进行，刻蚀参数可调控以获得预设纵横比的纳米针；所述化学刻蚀中mace蚀刻液h2o2浓度为1%-4%，二次刻蚀采用sf6氛围的反应离子蚀刻，功率200-300w、压力10-100mtorr。
13、优选的，所述消除中间夹层使用rr41去除剂，浓度为5%-10%，处理温度80-90℃，时间5-10分钟；所述二次蚀刻通过光学发射光谱实时监测蚀刻终点，确保纳米针锥形末端形成，所述中间夹层材料与柔性衬底的界面张力为30-40 mn/m，确保剥离时无残留；阵列中纳米针数量超过10,000个，密度可调至100-1000针/mm²。
14、本方案还提供纳米针阵列结构，所述纳米针为可生物降解的，所述纳米针由多孔/无孔纳米柱经二次蚀刻形成，可保留纳米柱的多孔结构，无孔纳米柱可经二次蚀刻加工为多孔结构，孔隙率80%-100%，长度优选1-20μm、最大直径优选10-1000nm，可根据实际应用场景调整为其他合适尺寸；阵列中纳米针数量不少于100个，可均匀分布/按不同密度间隔排列阵列密度可按需优化，所述可生物降解纳米针在ph 7.4、37℃模拟体液中，30天降解率40%-60%，60天降解率≥80%，无毒性残留。
15、本方案还提供纳米针阵列的用途，所述纳米针可装载一种、多种治疗剂和诊断剂；该纳米针阵列通过柔性衬底贴合非平面组织，与人体和动物组织贴合接触，将装载的治疗剂/诊断剂局部递送，实现精准给药/诊断采样。
16、本方案还提供一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的装置，包括原始衬底上形成的纳米柱阵列；
17、其中，所述纳米柱可以是无孔/多孔的；附着在原始衬底上并部分覆盖纳米柱阵列的中间夹层；
18、柔性/透明衬底，覆盖剩余纳米柱阵列，并与中间夹层相邻且位于夹层上方；
19、所述中间夹层可选su-8/pc-1500/pc-1500，其作用为隔离原始衬底与柔性/透明衬底。
20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
21、本发明通过夹层式制备转移一体化的工艺，彻底解决了传统纳米针阵列转移率低、结构易损坏的核心痛点，依托中间夹层隔离和机械应力分离的设计，实现纳米柱阵列从原始硅衬底到pdms或水凝胶衬底的高效分离与完整转移，转移率提升至95%以上，且纳米结构无断裂、无变形；同时柔性/透明衬底的选用，既解决了传统刚性衬底无法贴合非平面组织的难题，又实现了纳米针阵列与生物组织相互作用的光学观测可行性，填补了传统不透明纳米针阵列的功能空白。
22、进一步的，本发明构建了多孔结构和可生物降解的纳米针核心特性，突破了传统固体纳米针载荷能力弱、生物相容性差的局限，通过金属辅助化学刻蚀与反应离子刻蚀的协同调控，纳米针可保留/加工形成80%-100%孔隙率的多孔结构，其高比表面积使治疗剂/诊断剂装载量较传统固体纳米针提升3-5倍；且可生物降解特性避免了纳米材料在体内残留的安全风险，既能实现组织局部精准递送，又不会造成深层组织损伤，适配活检、局部给药等多种医疗场景。
23、进一步的，本发明实现了工艺参数与装置结构的精准适配，兼顾制备可控性与应用灵活性,化学刻蚀中h2o2浓度可调控纳米柱孔隙类型，二次刻蚀可精准控制纳米针纵横比；装置中中间夹层的隔离功能与衬底材料的多样性选择，使工艺适配不同衬底需求，且pdms衬底的旋涂参数与膜厚的精准对应关系，可根据实际应用场景定制衬底厚度，大幅提升了技术的产业化适配能力。
1.一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法，其特征在于：所述化学刻蚀可使纳米柱形成多孔结构，所述二次刻蚀包括离子刻蚀，且为干法刻蚀中的反应离子刻蚀，且二次刻蚀也可使纳米柱形成多孔结构。
3.根据权利要求1所述的一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法，其特征在于：所述原始衬底包括硅衬底，所述柔性/透明衬底可选自水凝胶衬底/聚二甲基硅氧烷（pdms）衬底。
4.根据权利要求3所述的一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法，其特征在于：所述柔性/透明衬底为聚二甲基硅氧烷衬底时，重量比为10:1，旋涂速度100-6000rpm、时间10min，聚合温度70℃、时间2h，室温放置过夜；不同旋涂速度对应pdms膜厚：1000rpm时11000-12000nm，1500rpm时8150-9000nm，4000rpm时5000-5500nm。
5.根据权利要求1所述的一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法，其特征在于：所述二次刻蚀在纳米柱阵列与原始衬底分离后进行，刻蚀参数可调控以获得预设纵横比的纳米针；所述化学刻蚀中mace蚀刻液h2o2浓度为1%-4%，二次刻蚀采用sf6氛围的反应离子蚀刻，功率200-300w、压力10-100mtorr。
6.根据权利要求1-5中任一项所形成的纳米针阵列结构，其特征在于：所述纳米针为可生物降解的，所述纳米针由多孔/无孔纳米柱经二次蚀刻形成，可保留纳米柱的多孔结构，无孔纳米柱可经二次蚀刻加工为多孔结构，孔隙率80%-100%，长度优选1-20μm、最大直径优选10-1000nm，可根据实际应用场景调整为其他合适尺寸；阵列中纳米针数量不少于100个，可均匀分布/按不同密度间隔排列阵列密度可按需优化。
7.根据权利要求6所述的纳米针阵列的用途，其特征在于：所述纳米针可装载一种、多种治疗剂和诊断剂；该纳米针阵列通过柔性衬底贴合非平面组织，与人体和动物组织贴合接触，将装载的治疗剂/诊断剂局部递送，实现精准给药/诊断采样。
8.根据权利要求1所述的一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的装置，其特征在于：包括原始衬底上形成的纳米柱阵列；
9.根据权利要求1所述的一种夹层式制备柔性纳米针阵列结构的方法，其特征在于：所述消除中间夹层使用rr41去除剂，浓度为5%-10%，处理温度80-90℃，时间5-10分钟；所述二次蚀刻通过光学发射光谱实时监测蚀刻终点，确保纳米针锥形末端形成，所述中间夹层材料与柔性衬底的界面张力为30-40 mn/m，确保剥离时无残留；阵列中纳米针数量超过10,000个，密度可调至100-1000针/mm²。
10. 根据权利要求6所述的纳米针阵列结构，其特征在于：所述可生物降解纳米针在ph7.4、37℃模拟体液中，30天降解率40%-60%，60天降解率≥80%，无毒性残留。