山东农业大学江杨/李大鹏教授团队：突破药物结晶调控瓶颈！新型超分子凝胶开启缓释制剂新路径

近日，山东农业大学食品科学与工程学院江杨/李大鹏教授团队联合化学与材料科学学院李厚深副教授在国际碳水化合物领域顶级期刊《Carbohydrate Polymers》（Q1，中科院1区Top，IF=12.5）在线发表题为“A high-strength dense supramolecular gellan gel - metal-phenolic network gel: Application in the control of crystallization behavior of Active Pharmaceutical Ingredients”的研究性论文。

活性药物成分（APIs）的结晶形貌与多晶型直接决定了药物的溶解性、生物利用度及加工性能。传统溶剂结晶法常导致药物形成针状或片状晶体，带来流动性差、难压缩及突释等问题。针对这一瓶颈，本研究提出了一种“多糖-金属-酚类”复合策略，构建了高强度致密超分子结冷胶-金属-酚类网络凝胶（TA–Fe³⁺–GG）。

该研究利用凝胶网络产生的强空间限域效应，成功调控了模型药物卡马西平（CBZ）和长春西汀（VIN）的结晶行为，将其从传统的针状/片状转变为规整的多面体块状晶体，并显著延长了药物释放时间。该成果不仅揭示了超分子凝胶对药物结晶的调控机制，更为开发新型口服缓释制剂提供了绿色、高效的通用平台。

成果介绍

01

高致密超分子凝胶的构建与机理

研究团队以微生物多糖结冷胶（GG）为骨架，引入单宁酸（TA）与三价铁离子（Fe³⁺）构建的金属-酚类网络（MPNs）。通过TA酚羟基与Fe³⁺的配位作用形成纳米簇，再经由TA与GG间的氢键交联，成功制备出双网络互穿的TA–Fe³⁺–GG超分子凝胶。

与纯GG凝胶相比，该复合凝胶具有更致密的层状结构、更高的粘度和优异的机械强度。研究表明，当TA与Fe³⁺摩尔比为3:1且GG浓度为1 wt%时，凝胶性能最佳，并表现出良好的注射性、可塑性及在pH 3～8溶液中的稳定性。

02

空间限域效应调控晶体形貌与多晶型

利用该凝胶体系作为结晶介质，团队系统研究了CBZ和VIN的结晶行为。

①卡马西平（CBZ）：在传统溶液或纯GG凝胶中，CBZ倾向于形成针状或不规则球形晶体（II型）。而在TA–Fe³⁺–GG凝胶的高密度网络限域下，CBZ生长受到各向异性抑制，转变为表面光滑、结构规整的多面体块状晶体（III型）。

②长春西汀（VIN）：同样实现了从矩形片状/长叶状向多面体块状的形貌转变。XRD分析证实，凝胶的限域作用改变了晶体的优势生长晶面，使其沿热力学更稳定的方向生长。

03

显著的药物缓释性能

体外释放实验显示，凝胶体系培育出的块状晶体具有优异的长效缓释特征。根据Noyes-Whitney方程，块状晶体较小的比表面积降低了溶解速率。实验数据表明，块状CBZ晶体的完全释放时间约为9.5 h，是传统针状晶体的1.8 倍。此外，该凝胶材料具有良好的生物相容性，既可作为结晶介质，也可直接作为药物递送载体，实现“结晶-制剂”一体化。

创新性/应用前景

本研究创新性地将金属-酚类网络（MPNs）引入多糖水凝胶体系，解决了传统物理交联凝胶网络松散、对小分子药物约束力弱的难题。其核心创新点在于利用高致密网络的空间限域效应，实现了对药物晶体“形貌+多晶型”的双重精准调控。

该体系具有原料天然、制备简单、成本低廉、生物安全性高等优势。相比于传统结晶工艺，该方法能有效解决药物针状晶体加工难（流动性差、易粘冲）及释放快的问题。该策略不仅适用于本研究中的模型药物，更可推广至抗生素、抗肿瘤等多种难溶性或多晶型药物的开发，在新型口服缓释制剂及功能性食品因子递送领域具有广阔的应用潜力。

文章信息

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.124767

作者简介

江杨，男，工学博士，生物化学与分子生物学博士后，现任山东农业大学食品科学与工程学院副教授，硕士生导师。山东农业大学“1512工程”第四层次人才。主要研究方向为生物大分子材料的仿生构筑及应用、功能因子和益生菌稳态化输送体系构建、结肠微生物群落空间分布干预机制。主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后基金、山东省自然科学基金青年项目、山东省高等学校青年创新团队项目等科研项目6 项。在《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》《Carbohydrate Polymers》《Food Hydrocolloids》《Food Chemistry》《Free Radical Biology and Medicine》等学术期刊发表SCI论文48 篇，其中一区Top期刊论文26 篇，参编教材1 部，申请或授权发明专利3 件。担任《Journal of Future Foods》和《Food Science and Human Wellness》杂志青年编委。获中国商业联合会科学技术特等奖、山东省优秀博士毕业论文、“泰安市高层次人才”等奖励称号。

李厚深（通信作者），副教授，硕士生导师，材料化学专业主任。担任山东农业大学学报（自然科学版）和《Agricultural Products Processing and Storage》青年编委。主讲《材料现代测试技术》《无机及分析化学2》《基础化学实验1和2》等课程，副主编专著和教材各1部，参编教材多部。先后主持国家自然科学基金青年基金、国家重点研发计划子课题和企业横向课题等项目。在《Chemical Engineering Journal》《Food Hydrocolloids》《Bioresource Technology》《Food Chemistry》等期刊发表SCI论文30余篇。

李大鹏（通信作者），山东邹平人，博士，教授，博士生导师，山东农业大学食品科学与工程学院院长，美国罗格斯新泽西州立大学访问学者，主要从事营养与功能食品、果蔬加工与贮藏保鲜、食品安全与质量控制方面的教学与科研工作。兼任山东省食品科学技术学会副理事长、食品营养与健康工作委员会主任，中国果品流通协会贮藏加工专业委员会常务理事，中国农学会食物与营养专业委员会常务委员等职务。担任《Food Safety and Health》《Food Biomacromolecules》《食品研究与开发》《包装工程》等杂志编委。主要科研方向为食品化学与营养，食品加工与质量控制，果蔬采后生理与分子生物学等。先后主持和参与完成国家自然科学基金5 项、国家科技支撑计划项目子课题5 项、农业行业公益性项目课题1 项等国家级科研课题。在《Journal of Advanced Research》《Food Hydrocolloids》《Free Radical Biology and Medicine》《Molecular Nutrition & Food Research》《Food Chemistry》等杂志发表论文150余篇，其中SCI收录80余篇，授权发明专利8 项，主编规划教材1 部、参编5 部。

于怡天，女，山东农业大学食品科学与工程学院，食品营养与人类健康团队2023级硕士研究生。在以独立第一作者在《Carbohydrate Polymers》和《International Journal of Biological Macromolecules》期刊上发表2 篇论文。

为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。

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