实验四介观动力学模拟Word格式文档下载.docx
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动态密度泛函方法(DDFT或MesoDyn),应用于高分子体系,建立在粗粒化高斯链模型的基础上,实际上是一个动态的自洽场方法,使用了朗之万方程(Langevin'
sequation来描述体系演化的动力学。
(1)MS-Mesocite简介
MSMesocite是一个基于粗粒度模拟方法的、可以对广泛体系进行模拟研究的分子力学工具集,模拟的对象大小尺寸在纳米到微米尺度范围,相应地,模拟
变化的时间范围落在纳秒至微秒区间。
MSMesocite的模拟对象遍及多种工业领
域,比如复合材料、涂料、化妆品以及药物控缓释等,它可以提供流体在平衡态下、在有剪切力存在下以及其它受限制条件下的结构与动力学性质。
MSMesocite
的突出特点是使用完全区别于传统介观模拟技术,转而采用力场(Forcefield)方法—比如MSMartini力场一来描述粗粒度之间的相互作用,从而得到体系的结构、
和动力学特性,分析函数主要有角度分布,密度分布,径向分布函数,二面角分布,均方根位移等。
同时,您还可以使用力场编辑工具对MSMesocite的力场进
行编辑,以获得满足特殊要求的力场,从而拓展了MSMesocite的应用范围。
应用Mesocite进行动力学模拟时,最主要的是得到精确的力场。
Martini力
场,是由Marrink提出的,可以应用于生物分子体系。
Martin力场中包括四种主
要的力场类型:
极性(polar-P)、非极性(apolar-C)、无极性(nonpolar-N)、带电(charged-Q。
每种力场类型又分为若干子类型,极性和非极性根据极性高低下分有五种类型(用下坐标1-5表示),无极性和带电的更具氢键结合能力分为四种类型(d-氢键供体,a氢键受体,da-两个都有,o-都没有),这样使得Martini力场能够更加精确的描述体系性质,应用于更多不同的有机分子体系。
二、实验目的
1、了解介观模拟方法及应用领域
2、了解Martini力场的
3、掌握Mesocite模块的基本操作
三、实验内容
以下以介观动力学模拟脂质双分子层为例,熟悉Mesocite的基本操作。
1、打开MS,选择creatednewproject,键入CG-bilayer作为工程的名称,点击
0K。
本实例是在软件所有参数在默认的情况下进行的,选择Tools-Settings
Organizer,选中CG-bilayer,点击Reset
2、建脂质分子,建模过程要用到Mesostructuretoolbar,如在
工具栏中没有此建模工具,点击菜单栏中的view-toolbar-mesostructure调出此建模工具。
(1)点击BeadTypes按钮,打开BeadTypes对话框。
点击Properties按钮,打开BeadTypeProperties对话框,点击Defaults…按钮,设置Mass为72,Radius为2.35,关闭BeadTypeDefaults和BeadTypeProperties对话框。
在BeadTypes对话框中,定义一下珠子类型:
C、GL、PO和NC,关闭对
话框
(2)点击Mesomolecule按钮旦,打开BuildMesomolecule对话框。
定义粗粒化分子,依次选择4个C、1个GL、1个PO、1个GL和4个C,确定不选Randomizeorderwithinrepeatuni,点击Build按钮。
在Mesomolecule.xsd文件中左击PO珠子,删除BuildMesomolecule对话框中所有的珠子。
选中Addtobranchpoints,点击more••按钮,打开MesomoleculeBranches对话框。
设置Numberofbranchestoattach为1,关闭对话框。
在BuildMesomolecule对话框中选择1个NC。
点击Build按钮。
(在显示面板中右击,选择Label,打开label对话框,在properties一栏中选择BeadTypeName点击Apply,可以检测建立的粗粒化分子是不是正确,可以对比下图。
(3)关闭BuildMesomolecule对话框。
在ProjectExplorer,把Mesomolecule.xsd
文件名改为DPPC.xsd。
我们得到以下粗粒化分子结构:
3、更改Martini力场,分配力场,优化脂质分子
(1)选择Modules-Mesocite-ForcefieldManager或点击Mesocitetools站,选择
ForcefieldManage,选择MSMartini,点击>
>
,打开力场文件。
在ProjectExplorer中,把文件名改为MSMartiniClS.off。
(2)
Mesocitetools悶选择
打开MSMartiniClS.off文件,点击Interactions。
在Showinteraction下拉选项中选择AngleBend。
在空白框中,设置Fi和Fk到Na以及Fj到Qa。
改变FunctionalForm为CosineHarmonic设置TO为120,KO为10.8。
关闭力场文件并保存。
(3)选择Modules|Mesocite|Calculation或点击
Calculation;
打开MesociteCalculation对话框,点击Energy,在Forcefield的下拉选项中
选择Browse...,在ChooseForcefield对话框中选择MSMartiniCIS.off。
(4)打开DPPC.xsd文件。
按下ALT键,双击任意C类型珠子,选中所有的C类型珠子。
在MesociteCalculation对话框中,点击More…打开MesociteProparationoptions对话框,选择C1,点击Assign按钮。
重复此步,为GL、PO、NC分配力场,分配类型如下表所示:
BeadTypeName
MSMartiniForcefieldType
Charge
C
C1
GL
Na
PO
Qa
-1.0
NC
Q0
1.0
选择PO珠子,在PropertiesExplorer中,设置Charge为-1,同样把NC设
置为1。
(5)在MesociteCalculation对话框中,点击Setup,改变Task为Geometry
Optimization。
点击Run按钮。
得到以下结构:
(6)在工具栏中,选择Measure/Change按钮--,下拉选项中点击Angel,依次点击左边的C-GL-PO,同样选择右边的PO-GL-C。
此时会显示出两个接近156.53的角度,选在两个角度,在PropertiesExplorer中,设置Angels为230。
按下ALT键,双击角度,按下Delete。
得到以下分子结构:
(7)参照第二步,定义珠子W,用BuildMesomolecule建模工具,建立一个仅包含W的粗粒化分子。
更改文件名为solvent.xsd。
4、建立双分子层结构
(1)选择Build|BuildMesostructure|MesostructureTemplate或点击Mesostructure
MesostructureTemplate对话框。
改变X、YExtents为64,ZExtent为100。
在Filler中,键入solvent。
点击
Build按钮
在BuildMesostructureTemplate对话框中,改变Formertype为Slab。
改变Depth为44.15,Orientation为AlongZ。
选中Enablesurfacepacking;
在Filler中键入lipid。
点击Add,关闭对话框。
(2)选择Build|BuildMesostructure|Mesostructure或点击Mesostructure框。
solventfiller中的MesoscaleMolecule,选择solvent.xsd。
lipidfiller选择优化的DPPC.xsd。
点击Packing,设置Lengthscale(L)为1,Density为0.00836;
不选Randomizeconformations
在Packing中,点击More...按钮,打开BeadPackingOptions对话框;
双击打开已经优化过的DPPC.xsdo选择NC,点击CreatebeadHeadsetfromselection按钮。
按下CTRL+D取消选定,之后按下CTRL键,选择尾部的两个C珠子。
在
BeadPackingOptions对话框中,改变Beadtag为Tail,点击CreatebeadTailsetfromselection。
关闭对话框。
标记后的DPPC结构如下:
(3)双击mesostructuretemplate.msd在BuildMesostructure对话框中,点击Build
按钮。
得到下图所示结构:
(4)在菜单栏中选择File|Export...,打开Export对话框,在保存类型下拉选项中选择MaterialsStudio3DAtomisticFiles(*.xsd),点击Options...按钮,打开MSD/MTDExportOptions对话框,设置Lengthscale为1,点击OK。
改变文件名为bilayer.xsd,保存在(I):
选择当前工程的根目录下的
CG-bilayerFiles/Documents。
点击保存(S)。
此时在projectexplorer会出现一个名为bialyer.xsd的文件。
(5)在菜单栏中选择File|SaveProject选择Window|CloseAll。
5、体系优化及动力学过程。
在ProjectExplore