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記者5日從天津大學(xué)獲悉，該校化工學(xué)院結(jié)晶中心團(tuán)隊(duì)研發(fā)的面向柔性晶體材料設(shè)計(jì)的智能計(jì)算平臺(tái)CrystalGAT，創(chuàng)新性地融合圖注意力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與晶體工程技術(shù)，能夠精準(zhǔn)預(yù)測與定向設(shè)計(jì)晶體材料的彈性、塑性和脆性等機(jī)械性質(zhì)，將傳統(tǒng)研發(fā)模式從“數(shù)月篩選一個(gè)有效結(jié)構(gòu)”提速至“一天獲得上百個(gè)候選分子庫”，驗(yàn)證集綜合準(zhǔn)確率達(dá)90%。該成果近期發(fā)表于國際頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

長久以來，晶體在公眾印象中總是與“脆硬易裂”聯(lián)系在一起，例如我們常見的糖塊，稍受壓力就會(huì)碎裂。然而，柔性晶體卻展現(xiàn)出獨(dú)特的橡膠般可彎曲、可形變的性質(zhì)，同時(shí)保持了晶體的規(guī)整結(jié)構(gòu)與特殊功能，使其在柔性電子、智能藥物制劑、光驅(qū)動(dòng)器件等前沿領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。

由于缺乏高效的設(shè)計(jì)方法，柔性晶體的研發(fā)長期依賴于偶然發(fā)現(xiàn)。論文通訊作者、天津大學(xué)化工學(xué)院的龔俊波教授介紹，傳統(tǒng)“試錯(cuò)式”研究不僅周期漫長、成本高昂，更難以定向調(diào)控晶體的機(jī)械性能，極大制約了科研效率。

CrystalGAT平臺(tái)通過融合圖注意力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與晶體工程技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了有機(jī)分子晶體彈性、塑性及脆性三大力學(xué)性質(zhì)的精準(zhǔn)預(yù)測與理性設(shè)計(jì)。其核心突破在于構(gòu)建了“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)—智能預(yù)測—靶點(diǎn)識(shí)別—結(jié)構(gòu)調(diào)控”的全鏈條技術(shù)范式?！捌脚_(tái)通過深度學(xué)習(xí)海量數(shù)據(jù)，不僅能快速預(yù)測目標(biāo)晶體的機(jī)械性能，更關(guān)鍵的是，基于其注意力機(jī)制，可識(shí)別并可視化呈現(xiàn)晶體中影響性能的關(guān)鍵原子或官能團(tuán)片段?！闭撐牡谝蛔髡摺⑻旖虼髮W(xué)化工學(xué)院在讀博士生趙晨陽表示，該體系使研究人員得以鎖定分子改造靶點(diǎn)，推動(dòng)研究工作從盲目探索邁向精準(zhǔn)優(yōu)化。

平臺(tái)的實(shí)用價(jià)值已在多個(gè)領(lǐng)域得到驗(yàn)證。在藥物工程領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)通過平臺(tái)篩選出抗癲癇藥加巴噴丁的兩種塑性共晶，其片劑抗拉強(qiáng)度較原料藥分別提升8.5倍和5.7倍，有效解決了原藥壓片易碎裂的行業(yè)難題。在功能材料方面，團(tuán)隊(duì)成功將脆性晶體PAPA改造為兼具彈性和光響應(yīng)的柔性發(fā)光晶體，為新型光驅(qū)動(dòng)器件提供了可能。

目前，該平臺(tái)已在Hugging Face開源。全球科研人員無需編程基礎(chǔ)，只需繪制或輸入分子結(jié)構(gòu)，即可在線獲取性質(zhì)預(yù)測結(jié)果與關(guān)鍵片段的可視化圖表，通過科研人員的協(xié)同創(chuàng)新加速技術(shù)迭代升級。

CrystalGAT平臺(tái)推動(dòng)了晶體工程研發(fā)范式從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)向理性設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。該技術(shù)在柔性電子材料與高端藥物制劑等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力，后續(xù)算法迭代與多場景驗(yàn)證將有助于拓展其在材料智造與醫(yī)藥工程中的適用性。