自组装的分子动力学模拟_邓平晔
分子动力学系综讲解
由于每个单元内原子数为Nc=N/M2，因此对每个原子只要计算 9Nc个原子间距，对整个原子系统就要计算9NNc个原子间距。 对三维结构则要计算27NNc个原子间距（Nc=N/M3）。 关于原子间距的计算量就与微结构的尺度即原子系统的原子数 N成正比。
V
S (rij )
=
V
(rij
)
-V
c
0
r
ij
≤
r c
r
ij
>
r c
力场的截断
力场连续的势函数截断：
V
S
(rij
)
=
V 0
(rij
)
-
V
c
−
(
dV (rij drij
)
)
rij
=
rc
(rij
− rc )
rij ≤ rc rij > rc
近邻表
• 虽然引入了阶段半径的概念，但然而计算原 子间的距离需要耗费大量的CPU时间。
分子动力学模拟的基本过程
黄敏生
基本步骤
A.原子位置的初始化
• 建立分子动力学模拟过程的首要问题和第 一步是确定分子体系的初始条件。
• 两种方式，一是采用实验数据，二是借助 各种理论模型得到分子结构的几何参数， • 1.无论采取哪种方法，给定分子结构的空间坐 标都不一定处在分子力场最稳定的位置，即 各原子并非处在平衡态，造成体系的能量比 较高。
• 2.采用近似的Maxwell-Boltzmann统计分布 来赋予原子的初始速度是比较合理的。能 够使得系统尽快弛豫。
分子动力学模拟及应用简介
・ １ ０ １ ・
பைடு நூலகம்
分子动 力学模 拟及应用简介
关荣华 周 慧
（ 华北电力大学 数理 系， 河北 保 定 ０ ７ １ ０ ０ ３ １
摘 要： 分子动力 学模拟是一种计算机模拟 实验方 法， 通常利用计算机软件 ， 根 据牛顿力 学的基本原理 ， 以分子的运动为主要 的模拟 对象 ， 研 究体 系中所有粒子的运动状态随时 间的演 变， 分子动力学模拟不仅 可以得到 分子的运动轨迹 ， 同时还 可以观 察到原子运动 的微 观 细节。在 统计 力学系综 下， 通过对相 空间取 系综平均 ， 进 而获得体 系相应的物理性质 和化 学性质 ， 分子动力学模拟是对理论计算和实验 方法的有 力补 充。 关键词 ： 牛顿运动方程 ； 能量最小化 ； 能量平衡
的是‘ ＇ Ｖ ｅ ｒ ｌ ｅ ｔ ’ 算 法 ＋ △ ｒ Ａｗ Ａ ｔ ￣ ａ （ ｔ ） ／ ２ ； ａ （ ｔ ＋ Ａ ＋Ａｔ ｙ ｍ ； Ｖ （ ｔ ＋ Ａｏ ＝ Ｖ 的空间折叠方式决定了蛋 白质的特异性， 蛋白质结构基础决定了蛋白质 Ａ ｔ 【 ａ ＋Ａ日 ｙ ２ ， 当给出体系在 ｔ ＝ Ｏ 时刻的初始速度， 初始坐标刑 用以 的生物学基础。 目 前Ｐ Ｄ Ｂ （ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ Ｄ ａ ｔ ａ Ｂ ａ ｎ ｋ ］ 库已经日 月 确了大量蛋白的结 上公式积分就 可以得到任意时亥 Ｊ Ｉ 体系的坐标， 速度进 而得到体系的运动 晶结构， 这为我们利用分子动力学的方法研究蛋白的空间结构 、构象变 化、 相互作用以及运动趋势提够了结构基础。 为什么要采用分子动力学模 ｌ ２分子动力学模拟的基本过程。分子动力学模拟的基本过程就是 拟的方法研究蛋白质的空间结构、 构象变化以及运动趋势等？ 目前， 蛋白 体系能量最／ Ｊ 吡 和能量平衡的过程。能量最小化的过程实际上就是求势 质在行使其生物学功能的过程是—１ ＼ ｊ 奎 续的动态过程， 这是传统的电生 能函数极／ Ｊ 值 的过 昆 利用力场函数计算分子内各种可能结构的势能艘 理实验无法实现的， 同时分子动力学模拟的方法可以在分子原子水平来 索体系的势能最低点。 能量最小化是对所有模拟体系探讨的第一步， 即用 察蛋白氨基酸之间的相互作用， 蛋白的构象变化 以及运动趋势等。 系统的方法改变体系的原子坐 通过分子内部运动的势能下降的办法， 我们以钙激活大电导钾通道（ Ｂ Ｋ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ １ ） Ｊ ￣ 例珠 介绍分子动力学模 使分子结构逼近稳定结构翊 免不合理 的结构在模拟中出现锗误 。 拟在蛋白模拟方面的具体应用。 首先从 Ｐ Ｄ Ｂ库中获取 Ｂ Ｋ通道的关闭态 只有当体系完成能量最小化后才能进行真正的分子动力学模拟， 即 的晶体结构（ Ｐ Ｄ Ｂ ： ３ Ｎ Ａ Ｆ ） ， 因为 ３ Ｎ Ａ Ｆ中的部分氨基酸缺失， 首先利用 同源 能量平衡过程， 能量最小化的过程是求势能 函数极小值的过程， 能量平衡 模建的方法， 构建了完整的蛋白 结构。 接下来， 在 皖整的晶体结构的基础上 的过程实际上就是解这个多粒子体系的牛顿运动方程来描绘体系中所 构建物理模型， 以模拟蛋 白在生物体内的真实生理环境具体步骤为： 对晶 有； ｝ 壶 子 随时间演化的规律的过程。这时就可以根据粒子的位置和动量计 体结构加水盒子模 拟生物体内的液体环境； 在加水体系的基础上添加一 算倒 可 可 则物］ 翌 量的ｊ 急 定值。 在， 动 力 莫 拟分析中通 匍 百 过｛ 十 算 定物质的量的 Ｋ 和Ｃ Ｌ － 来中和体系内多余的电荷’ 以模拟生物体内中性 就完成了物理模型的构建。 在进行分子动力学模 粒子运动的方均根偏￣ ￣（ ｒ ｏ ｏ ｔ ｍ ｅ ａ ｎ ｓ ｑ ｕ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ Ｉ １ ， Ｒ Ｍｓ Ｄ ｌ 用来衡量体系 环境。经以上两步骤后， 相对于初始时刻是否能达到平衡，同时也可以反应原子偏离 比对位置的 拟之前， 我们需要构建用来执行动力学模拟的配置文件， 配置文件中包含 程度。Ｒ Ｍ Ｓ Ｄ值越大原 子运动的空间范围越大原 子的空间位阻也就越 了一系列的配置参数廊置文件的作用是设定 Ｎ Ａ ＭＤ分子动力学模拟的 小原子 在时间 Ｎ ． 内Ｒ Ｍ Ｓ Ｄ的求算公式： 过程中的各种参 比如输出文件的频率 、 体系的温度、 计算时长、 Ｐ Ｄ Ｂ文
分子动力学模拟在玻璃表面研究中的应用
分子动力学模拟在玻璃表面研究中的应用
张彪
【期刊名称】《大连轻工业学院学报》
【年(卷),期】1989(008)003
【摘要】本文介绍了分子动力学模拟方法在玻璃表面研究中的应用,用该方法计算机模拟了 SiO_2玻璃,R_2O·3SiO_2(R=K、Na、Li)玻璃表面,得到的 PDF 结果表明,模拟和实验结果相当一致,说明分子动力学模拟是研究玻璃表面的有效手段。
【总页数】6页(P26-31)
【作者】张彪
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ171.12
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5.量子化学计算和分子动力学模拟在金属加工液研究中的应用 [J], 孙建林;贺佳琪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
分子模拟简介
分子动力学模拟的原理简介授课人：杨俊升博士内容1 2 4分子模拟的应用分子动力学计算的原理分子动力学模拟实例3体系模型构建一、分子模拟的应用1.分子模拟概述定义：计算机辅助试验技术，以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为、体系的各种物理化学性质。
2.分子模拟的作用模拟材料的结构计算材料的性质预测材料的行为验证试验结果重现试验过程从微观角度认识材料总之，是为了更深层次理解结构，认识各种行为。
介观动力学分子力学、动力学量子力学密度泛函理论Walter Kohn E ρ[]=T o ρ[]+U ρ[]+E xc ρ[][])()()]([,,,2r r r n v k i k i k i eff ϕεϕ=+∇)]([)],...([1r n E r r E N =ψrd r n N r r f r n i i i i ⎰∑Ω=⋅=3*)()()()( ϕϕHohenberg-Kohntheorem Kohn-Shamequations •Exact only for ground state •Needs approximation to E xc荣获1998年的诺贝尔化学奖这三位科学家结合经典和量子物理学，设计出多尺度复杂化学系统模型，将传统的化学实验搬到了网络世界。
第一原理研究领域包括：✓晶体材料结构优化及性质研究（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）✓表面和表面重构的性质、表面化学✓电子结构（能带、态密度、声子谱、电荷密度、差分电荷密度及轨道波函分析等）✓晶体光学性质(包括EELS, XANS, XES)✓材料热力学参数计算✓点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶体晶界、位错）✓磁性材料研究✓材料力学性质研究✓材料逸出功及电离能计算✓STM图像模拟✓红外，拉曼光谱模拟✓反应过渡态计算✓动力学方法研究扩散路径A b s o r p t i o n (c m -1)图1 （a ）本征LN 晶体; （b ）Mn 替代Li 位LN 晶体; （c ）Mn 替代Nb 位LN 晶体;System Volume/Å3E total /eV LN1232.98-73221.751Mn@LN-11240.78-73678.119Mn@LN-21225.65-72314.594从上个世纪九十年代初期以来，计算机模拟技术得到了飞速发展，主要基于三个方面的发展： 分子力场的发展（基石）（Amber，OPLS、Compass）原子间的键长、键角、分子间的内聚能等模拟算法（途径）计算机硬件（工具）HPCx二、分子动力学计算的原理力场的概念：分子力场是原子分子尺度上的一种势能场，它描述决定着分子中原子的拓扑结构和运动行为。
自组装单分子层技术在细胞生物学中的应用
·131·131生物技术自组装单分子层技术的产生，为研究者控制表面分子结构，进行细胞生物学的相关研究，提供了一个非常优秀的平台。
1.蛋白吸附研究材料表面的化学性质是细胞吸附的物质基础。
细胞吸附的数量、密度、取向等依赖于基质表面的理化性能。
基质表面的理化性质可使蛋白质由原来构象完整、二级或三级结构不受影响的状态，逐渐转变成有一定程度变性的状态，如蛋白质失去了二级或三级结构、出现折叠中间体的吸附等；除此以外，蛋白质结构域变换的可能性也大大增加，这就是说当蛋白质在基质表面部分变性后，其中的一些结构域可能会与另一种蛋白质的结构域重组，其最终结果是使蛋白质完全变性，导致肽链完全解折叠，最终形成没有任何生理功能的无定型聚合物层。
例如,在聚苯乙烯基底接种细胞前，通常会预吸附一层纤连蛋白或胶原，提高细胞的粘附性。
这些吸附在材料表面的蛋白质在结构上存在异质性，即它们可能存在多种取向和构象，但是其中总会有一种能够增强细胞粘附、铺展和迁移的功能性构象存在。
同时，蛋白质也有可能非特异性地吸附到材料表面，这种性质对存在细胞键合位点的模型表面具有很大的影响。
例如，当材料处于细胞悬液中时，血清中的蛋白可以快速吸附到材料表面，阻止已经固定在材料表面的蛋白发挥作用。
不过，有多种方法可以用来解决这个问题，其中最简单的就是用封闭蛋白来处理材料表面，最常用的封闭蛋白是牛血清白蛋白。
将固定了功能蛋白的表面再浸入牛血清白蛋白中，使没有结合蛋白的表面空隙被牛血清白蛋白封闭，避免了培养液中蛋白与表面非特异性吸附。
2.细胞粘附研究自组装单分子层技术已经成功应用于功能肽在细胞粘附和迁移中作用的研究，在早些时候研究者就已经成功制备了由Gly-Arg-Gly-Asp-Ser 多肽修饰的分子层表面，这种多肽存在于纤连蛋白和其它的一些细胞外基质中，它是大约一半整联蛋白家族的配体。
通过研究发现，Swiss 3T3成纤维细胞在该分子层上粘附和铺展状态良好，荧光免疫反应显示已经粘附的细胞形成了正常的黏着斑——一串整联蛋白受体与基底之间形成了强有力的连接，并且开始传递粘附信号，形成肌动蛋白丝。
自组装的分子动力学模拟
收稿:2006年9月,收修改稿:2007年4月 3通讯联系人 e 2mail :y fchen @自组装的分子动力学模拟邓平晔1,2 张冬海1 田亚峻1 陈运法13 丁 辉3(1.中国科学院过程工程研究所 北京100080;2.北京市理化分析测试中心 北京100089;3.北京市科学技术研究院 北京100089)摘 要 简要回顾了近年来国内外分子动力学模拟自组装的研究,对已报道的建模方法、可视化表现以及相关应用略作概述,并以此为基础对自组装过程的分子动力学模拟研究所面临的问题和尚需深入的内容进行了讨论。
基于自组装、相变和涨落的固有联系,提出了以研究波动为手段,和以频率相关热容为研究对象的探索方向。
希望能够为分子动力学模拟推动自组装研究提供有益的参考。
关键词 分子动力学模拟 自组装 频率相关热容中图分类号:O64311;O6239 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2007)0921249209Molecular Dynamics Simulation of Self 2AssemblingDeng Pingye1,2 Zhang Donghai 1 Tian Yajun 1 Chen Yunf a13 Ding Hui3(1.Institute of Process Engineering ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100080,China ;2.Beijing Center for Physical and Chemical Analysis ,Beijing 100089,China ;3.Beijing Academy of Science and T echnology ,Beijing 100089,China )Abstract The current research about self 2assembly by the means of m olecular dynamics simulation is briefly reviewed in this paper.Both the methods of com putational m odeling and the visual representation of simulating results are briefly described respectively ,coupling with their applications in certain topics.Based on the analyzing and discussing of the contributions of previous research ,unclosed problems of m olecular dynamics simulating self 2assembly are proposed.The natural linkage of self 2assembly with phase transition or with fluctuation indeed gives the clue of heading path ,and consequently ,the reports of oscillation in self 2assembly and study of frequency dependent specific heat are als o presented in this paper.Therefore the idea that inspecting the oscillating parameters with respect to frequency dependent specific heat might be helpful to understand the process of self 2assembly and com puter simulations.K ey w ords m olecular dynamics simulation ;self 2assembly ;frequency dependent specific heat1 引言众多原子组成原子团簇或分子,然后又可以聚集形成微晶,微晶进一步发展成为晶体。
GROMACS分子动力学模拟并行计算的研究与实现
４不同并行环境ＧＲＯＭＡＣＳ的实现
在使用ＧＲＯＭＡＣＳ进行分子动力学模拟时， 控制分子动力学模拟的参数文件称为ｍｄｐ
（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）文件。该文件
ｆｏｒＡＩＸ
５Ｌ，编译器是ＩＢＭ
Ｆｏｒｔｒｏｎ，
我们在上述三个环境中分别用ｌｎｐ、２ｎｐ、４ｎｐ 和８ｎｐ进行了计算，前两种并行环境计算任务提 交的过程中我们使用了Ｔｏｒｑｕｅ作业调度软件，作 业脚本分别是
ＧＲＯＭＡＣＳ一分子动力学模拟并行计算的研究与实现
陈文波张洋刘
鑫李廉
（兰州大学通信网络中心甘肃兰州７３００００）
（ｈｐｃ＠ｌｚｕ ｅｄｕ ｃｎｊ
摘要：随着生物化学研究领域的应用对速度和 内存资源需求的增高，并行计算已经成为解决该 问题的有效手段．．与并行计算相结合的分子模拟， 已经作为一种研究探索手段被许多科研工作者广
ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｉｎ
ａｓ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
。基金项甘：ｌ司家自然科学基金委员会以及“ｌ刊家科技基础条件平 台”资助项目：计算化学Ｅ—ＳＣＩＥＮＣＥ毋ｆ究与不范应用（９０６１２０１６）。
ｐａｒａｌｌｅｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｓｕｃｈ
ＬＡＭ／ＭＰＩ，ＭＰＩＣＨ２
７
被广泛的应用于新型材料研制、化学Ｔ艺模拟、 大分子生物制药等领域，成为微观模拟的一个主
ｉｎｔｅｒｉｈｃｅ）是一个消息
操作系统半台执行并行程序。它把ＲＳ／６０００系统 的处理器叫做处理器节点，当用户执行并行程序 时，并行任务就分配到处理器节点上，处理器节 点在同一个网络，凶此并行任务能同步的通信和 交换数据。ＰＥ支持两种基本的并行程序模式
一ＳＰＭＰ／ＭＰＭＤ。ＳＰＭＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
分子动力学模拟在碳材料增强复合材料中的研究进展
分子动力学模拟在碳材料增强复合材料中的研究进展
李风;王乐;张瑾;王亭沂;范路
【期刊名称】《化学反应工程与工艺》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】综述了近年来国内外学者使用分子动力学模拟对碳纳米管、碳纤维和石墨烯增强的两相及三相树脂基复合材料进行研究的进展。
分别对界面结合能、基体分散、聚合物构象等方面的模拟计算进行概述,归纳总结了分子动力学模拟在树脂基复合材料中所能解决的各类技术难题,并对其应用前景和发展趋势进行了展望。
【总页数】9页(P177-185)
【作者】李风;王乐;张瑾;王亭沂;范路
【作者单位】中国石油化工股份有限公司胜利田分技术检测心;中国石油化工股份有限公司胜利田检测评价研究;中国石油化工股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TB332;O561.1
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