天津大学化工学院结晶中心团队自主研发的智能计算平台“CrystalGAT”取得重大突破。该平台创新性地融合图注意力神经网络与晶体工程技术,实现了对柔性晶体材料机械性能的精准预测与定向设计,大幅提升了传统材料研发效率,将原本需要数月筛选一个有效结构的流程,压缩至一天内生成上百个候选分子库,验证集综合准确率高达90%。相关成果已发表于国际顶级期刊《德国应用化学》(*Angewandte Chemie International Edition*)。

在公众印象中,晶体常与“脆硬易裂”联系在一起,例如常见的糖块,在受压时极易碎裂。然而,柔性晶体则展现出独特的性质--它们既具备晶体的规整结构和功能特性,又拥有类似橡胶的可弯曲、可形变能力,因此在柔性电子、智能药物制剂、光驱动器件等前沿领域具有广阔的应用前景。
由于缺乏高效的设计方法,柔性晶体的研发长期依赖偶然发现。天津大学化工学院龚俊波教授指出,传统的“试错式”研究不仅周期长、成本高,还难以实现对晶体机械性能的精准调控,严重制约了科研效率。

针对这一难题,CrystalGAT平台通过融合图注意力神经网络与晶体工程技术,首次实现了对有机分子晶体弹性、塑性和脆性三大力学性质的精准预测与理性设计。其核心在于构建了“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,更重要的是,基于其注意力机制,能够识别并可视化呈现影响性能的关键原子或官能团片段,从而帮助研究人员锁定分子改造靶点,实现从盲目探索向精准优化的转变。
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,极大促进了科研协作与技术迭代。

在实际应用中,CrystalGAT平台已展现出显著价值。在药物工程领域,团队通过平台成功筛选出抗癫痫药加巴喷丁的两种塑性共晶,其片剂抗拉强度分别提升8.5倍和5.7倍,有效解决了原药压片易碎的行业难题。在功能材料方面,团队还成功将脆性晶体PAPA转化为兼具弹性和光响应的柔性发光晶体,为新型光驱动器件的开发提供了新思路。
CrystalGAT平台的推出,标志着晶体工程研发范式正从传统经验试错迈向理性设计。未来,随着算法的持续迭代与多场景验证的深入,该平台有望在柔性电子材料、高端药物制剂等多个领域发挥更大作用,为材料智造与医药工程带来新的变革动力。