天津大學研發智算平臺讓晶體彎折“隨心所欲”

記者5日從天津大學獲悉，該校化工學院結晶中心團隊研發的面向柔性晶體材料設計的智能計算平臺CrystalGAT，創新性地融合圖注意力神經網絡與晶體工程技術，能夠精準預測與定向設計晶體材料的彈性、塑性和脆性等機械性質，將傳統研發模式從“數月篩選一個有效結構”提速至“一天獲得上百個候選分子庫”，驗證集綜合準確率達90%。該成果近期發表于國際頂級期刊《德國應用化學》上。

長久以來，晶體在公眾印象中總是與“脆硬易裂”聯系在一起，例如我們常見的糖塊，稍受壓力就會碎裂。然而，柔性晶體卻展現出獨特的橡膠般可彎曲、可形變的性質，同時保持了晶體的規整結構與特殊功能，使其在柔性電子、智能藥物制劑、光驅動器件等前沿領域具有廣闊的應用潛力。

由于缺乏高效的設計方法，柔性晶體的研發長期依賴于偶然發現。論文通訊作者、天津大學化工學院的龔俊波教授介紹，傳統“試錯式”研究不僅周期漫長、成本高昂，更難以定向調控晶體的機械性能，極大制約了科研效率。

CrystalGAT平臺通過融合圖注意力神經網絡與晶體工程技術，率先實現了有機分子晶體彈性、塑性及脆性三大力學性質的精準預測與理性設計。其核心突破在于構建了“數據驅動—智能預測—靶點識別—結構調控”的全鏈條技術范式。“平臺通過深度學習海量數據，不僅能快速預測目標晶體的機械性能，更關鍵的是，基于其注意力機制，可識別并可視化呈現晶體中影響性能的關鍵原子或官能團片段。”論文第一作者、天津大學化工學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，推動研究工作從盲目探索邁向精準優化。

平臺的實用價值已在多個領域得到驗證。在藥物工程領域，團隊通過平臺篩選出抗癲癇藥加巴噴丁的兩種塑性共晶，其片劑抗拉強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難題。在功能材料方面，團隊成功將脆性晶體PAPA改造為兼具彈性和光響應的柔性發光晶體，為新型光驅動器件提供了可能。

目前，該平臺已在Hugging Face開源。全球科研人員無需編程基礎，只需繪制或輸入分子結構，即可在線獲取性質預測結果與關鍵片段的可視化圖表，通過科研人員的協同創新加速技術迭代升級。

CrystalGAT平臺推動了晶體工程研發范式從傳統經驗試錯向理性設計的轉變。該技術在柔性電子材料與高端藥物制劑等領域展現出應用潛力，后續算法迭代與多場景驗證將有助于拓展其在材料智造與醫藥工程中的適用性。