材研“1-0” | 刘立志教授团队Chem. Soc. Rev.综述：空心微纳米结构用于增强型病原体诊疗一体化新进展

发布时间：2026-04-29来源：材料微生活

引用本文：

L. Zhang, Y. Li, Y. Zhao, S. Chen, J. Ke, I. Zarei, H. Song, C. Yu, L. Liu, Hollow micro-/nanostructures for enhanced pathogen thermostatics. Chem. Soc. Rev. 2026,

DOI: 10.1039/D5CS00509D.

研究背景

抗生素耐药性危机已成为全球公共卫生领域的重大挑战，每年有超过70万人死于耐药菌感染。传统抗生素因细菌耐药性的不断演化而逐渐失效，迫切需要开发兼具高灵敏病原体检测与高效抗菌治疗的新型策略。空心微纳米结构凭借其独特的空腔、高比表面积、可调壳层及限域效应，在病原体诊断与治疗领域展现出颠覆性潜力。然而，如何系统理解其结构‑性能关系并指导精准设计，仍是该领域面临的关键科学问题。

文章简介

近日，西北工业大学材料学院刘立志教授与澳大利亚昆士兰大学宋浩教授、余承忠教授合作，在国际顶级期刊《Chemical Society Reviews》（IF=39.3）上发表题为“Hollow micro-/nanostructures for enhanced pathogen thermostatics”的综述文章。西北工业大学材料学院博士后张亮和西北农林科技大学食品学院博士李跃春为论文共同第一作者。

图1. 用于病原体诊疗的空心微/纳米结构方案，包括合成策略、结构特征、优势和应用。

图文导读

图2. 空心微纳米结构的研究趋势与应用领域

基于Web of Science数据分析，自2002年以来，全球已有140多个国家发表了超过26000篇关于空心微纳米结构的同行评议论文，研究领域涵盖能源存储、生物传感、催化、环境科学及食品科学等。空心结构因其高表面体积比、可调的空腔及限域效应，成为材料科学的前沿热点。

图3. 空心微纳米结构的制备策略与典型构型（图为蛋黄‑壳结构）

空心微纳米结构的精准制备主要依赖五种策略：硬模板法精确复制形貌，软模板法条件温和，牺牲模板法同步成壳去核，Kirkendall eﬀect利用原子扩散速率差异产生空腔，Ostwald ripening基于表面能驱动生长，Galvanic replacement借助氧化还原电位差构筑空心。根据结构层次，空心结构可分为三类：单层空心结构比表面积高，暴露活性位点多，适合催化与存储；多层空心结构通过同心壳层增强光物质相互作用，实现分级释放与信号放大；蛋黄壳结构由可移动核心、中间空腔和渗透外壳组成，形成独立纳米反应器，适用于多步催化与协同治疗。

图4. 空心微纳米结构增强病原体检测（图为增强的SERS传感模式）

空心微纳米结构通过增强光‑物质相互作用、增加活性位点、加速电子/质量传递等机制，显著提升五种检测模式的性能：比色模式中增强光吸收与散射；荧光模式中提供空间避免猝灭并高负载探针；表面增强拉曼模式中形成三维“热点”网络；电化学模式中增加反应位点并加速电子转移；光热模式中空腔作为微谐振腔提升光热转换效率。这些优势为实现高灵敏度、高特异性的病原体快速检测提供了新路径。

图5. 空心微纳米结构增强抗菌治疗（图为增强的光热杀菌模式）

在抗菌治疗方面，空心结构展现出多重协同优势：纳米酶催化中暴露更多活性位点并限域产生高浓度活性氧；光热疗法中通过多次反射增强光吸收并实现热量局域化；光催化中促进电子‑空穴分离并加速传质；可控释放中利用大空腔高载药并设计智能响应壳层；压电催化中空心结构更易形变且富含缺陷增强电荷分离；联合疗法则将多种机制集成于同一平台，实现对多重耐药菌的高效杀灭。

尽管空心微纳米结构在病原体温控领域取得了显著进展，但仍面临诸多挑战：合成方法需进一步提高结构精度和规模化能力；生物安全性及长期体内代谢评估亟待深入；病原体检测类型需从常见细菌拓展至真菌、寄生虫等；诊疗一体化平台的构建及临床转化是未来的重点方向。通过跨学科合作与机理创新，空心微纳米结构有望在后抗生素时代发挥关键作用。

通讯作者简介

刘立志

西北工业大学材料学院教授，教授，博士生导师，国家级青年人才。2014年在西北农林科技大学获得学士学位，2022年在芬兰东芬兰大学获得博士学位，之后前往美国哈佛大学医学院/波士顿儿童医院Daniel S. Kohane教授实验室从事博士后研究。2024年1月全职加入西北工业大学材料学院，主要研究方向为生物医用纳米材料的仿生设计与界面调控。共计发表SCI论文30余篇，其中以第一作者或通讯作者在Nature Communications、Science Advances 、Chemical Society Reviews、Accounts of Materials Research等期刊上发表论文10余篇，获授权中国专利2项。曾获陕西省高等学校科学技术研究优秀成果一等奖（2025，2/6）、国家留学基金委优秀自费留学生奖学金（2021）等奖项。