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8月29日，記者從深圳大學(xué)獲悉，該校化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院特聘副教授范海龍聯(lián)合日本北海道大學(xué)教授龔劍萍等人，基于蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)新性地提出一種融合數(shù)據(jù)挖掘、仿生實驗設(shè)計與機器學(xué)習(xí)的“三位一體”設(shè)計策略，成功預(yù)測并開發(fā)出水下粘附強度達(dá)到兆帕級的超粘水凝膠。相關(guān)研究成果于日前發(fā)表在《自然》上。

設(shè)計凝膠與彈性體等軟材料是一項復(fù)雜任務(wù)，需要篩選合適的結(jié)構(gòu)單元類型與用量，以確定其在材料中的排布方式，而由此產(chǎn)生的設(shè)計空間包含無數(shù)種可能組合。同時，還受到弱分子相互作用與熱漲落共同影響。

據(jù)悉，數(shù)據(jù)驅(qū)動方法利用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集，通過改變具有明確原子結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)材料的發(fā)現(xiàn)與預(yù)測范式，實現(xiàn)精確的性能預(yù)測并促進(jìn)設(shè)計空間的高效探索。

然而，由于軟材料存在復(fù)雜的多尺度結(jié)構(gòu)—性能關(guān)系，相關(guān)應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。

科研人員通過融合數(shù)據(jù)挖掘、實驗驗證與機器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)驅(qū)動策略，設(shè)計適用于嚴(yán)苛水下環(huán)境的高性能粘附水凝膠。

其中，通過挖掘蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，科研人員開發(fā)出描述符策略，并利用理想共聚在聚合物鏈中統(tǒng)計復(fù)現(xiàn)蛋白質(zhì)序列模式，從而實現(xiàn)水凝膠的定向設(shè)計與數(shù)據(jù)集構(gòu)建。

同時，基于180種仿生水凝膠的初始數(shù)據(jù)集，科研人員采用機器學(xué)習(xí)優(yōu)化配方后獲得粘附強度的顯著提升，最高值突破1兆帕。

另悉，這類超強粘附水凝膠在生物醫(yī)學(xué)工程至深海探測等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力，標(biāo)志著軟材料數(shù)據(jù)驅(qū)動創(chuàng)新的重要突破。