天大研发智算平台让晶体弯折“随心所欲”
发布时间: 2026-01-06 09:53:09
记者5日从天津大学获悉，该校化工学院结晶中心团队研发的面向柔性晶体材料设计的智能计算平台CrystalGAT，创新性地融合图注意力神经网络与晶体工程技术，能够精准预测与定向设计晶体材料的弹性、塑性和脆性等机械性质，将传统研发模式从“数月筛选一个有效结构”提速至“一天获得上百个候选分子库”，验证集综合准确率达90%。该成果近期发表于国际顶级期刊《德国应用化学》上。
长久以来，晶体在公众印象中总是与“脆硬易裂”联系在一起，例如我们常见的糖块，稍受压力就会碎裂。然而，柔性晶体却展现出独特的橡胶般可弯曲、可形变的性质，同时保持了晶体的规整结构与特殊功能，使其在柔性电子、智能药物制剂、光驱动器件等前沿领域具有广阔的应用潜力。
由于缺乏高效的设计方法，柔性晶体的研发长期依赖于偶然发现。论文通讯作者、天津大学化工学院的龚俊波教授介绍，传统“试错式”研究不仅周期漫长、成本高昂，更难以定向调控晶体的机械性能，极大制约了科研效率。
CrystalGAT平台通过融合图注意力神经网络与晶体工程技术，率先实现了有机分子晶体弹性、塑性及脆性三大力学性质的精准预测与理性设计。其核心突破在于构建了“数据驱动—智能预测—靶点识别—结构调控”的全链条技术范式。“平台通过深度学习海量数据，不仅能快速预测目标晶体的机械性能，更关键的是，基于其注意力机制，可识别并可视化呈现晶体中影响性能的关键原子或官能团片段。”论文第一作者、天津大学化工学院在读博士生赵晨阳表示，该体系使研究人员得以锁定分子改造靶点，推动研究工作从盲目探索迈向精准优化。
平台的实用价值已在多个领域得到验证。在药物工程领域，团队通过平台筛选出抗癫痫药加巴喷丁的两种塑性共晶，其片剂抗拉强度较原料药分别提升8.5倍和5.7倍，有效解决了原药压片易碎裂的行业难题。在功能材料方面，团队成功将脆性晶体PAPA改造为兼具弹性和光响应的柔性发光晶体，为新型光驱动器件提供了可能。
目前，该平台已在Hugging Face开源。全球科研人员无需编程基础，只需绘制或输入分子结构，即可在线获取性质预测结果与关键片段的可视化图表，通过科研人员的协同创新加速技术迭代升级。
CrystalGAT平台推动了晶体工程研发范式从传统经验试错向理性设计的转变。该技术在柔性电子材料与高端药物制剂等领域展现出应用潜力，后续算法迭代与多场景验证将有助于拓展其在材料智造与医药工程中的适用性。
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