VMD軟件的案例
分子動力模擬可視化與分析軟件VMD工作站硬件探討
（一）VMD分子動力可視化軟件介紹
VMD 是一個開源的分子可視化程序，專為建模，可視化和分析生物系統(tǒng)（例如蛋白質(zhì)，核酸，脂質(zhì)雙層組件等）而設(shè)計，最新版本 VMD1.9.4
VMD主要應(yīng)用
分子動力模擬MD（例如NAMD，GROMACS，AMBER等）的圖形前端，讀取標準蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（.pdb）文件以查看更多常規(guī)分子并顯示所包含的結(jié)構(gòu)，查看和分析分子動力學(xué)模擬結(jié)果。
全原子細胞規(guī)模建模
Cryo-EM低溫冷凍電鏡密度圖像分割
多序列數(shù)據(jù)比對，這是一個統(tǒng)一的生物信息學(xué)分析環(huán)境，可用于組織，顯示和分析蛋白質(zhì)和核酸的序列和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)
量子化學(xué)計算(例如VASP，)的圖形前端
VMD計算特點
通常在桌面圖形環(huán)境中以交互方式使用，也可在工作站（或單一集群節(jié)點），并通過使用消息傳遞接口 (MPI) 在分布式內(nèi)存集群和超級計算機上并行執(zhí)行非交互式（批處理模式）分析計算和可視化任務(wù)
CPU 支持多核處理器
顯卡 基于nvidia Quardro RTX架構(gòu)性能提升顯著，可多卡加速，顯存容量16GB以上，VMD1.9.4支持RT核渲染
VMD能夠?qū)@示的圖形導(dǎo)出到可以由許多流行的光線跟蹤和圖像渲染包處理的文件，包括POV-Ray（CPU），Rayshade，Raster3D和Tachyon（GPU）。
展開 [11月22日-11月25日 北京 ] 關(guān)于 “LAMMPS分子動力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用” 培訓(xùn)班
6.4 結(jié)果分析
6.4.1 查看動態(tài)軌跡和特殊幀的圖片顯示(采用VMD軟件做出漂亮的圖片和視頻，學(xué)會用tcl腳本控制輸出)
6.4.2 數(shù)據(jù)分析（origin軟件的使用）；MSD分析；計算RDF；計算密度分布
6.4.3 作用力的輸出及分析
實例操作：包括在VMD中查看可視化的動態(tài)軌跡，計算密度分布，分子的MSD，等，抽取軌跡的動能、勢能、總能量等相關(guān)數(shù)據(jù)，對軌跡進行初步分析。
第三天 下午
納米孔內(nèi)DNA分子的輸運調(diào)節(jié)模擬（charmm力場）
課程7 電壓驅(qū)動單鏈DNA分子通過石墨烯納米孔的輸運調(diào)節(jié)
（學(xué)習(xí)使用VMD強大的tcl腳本工具建模，利用lammps\tools\ch2lmp\目錄內(nèi)charmm2lammps轉(zhuǎn)換為lammps的data文件）
7.1 tcl腳本語言基礎(chǔ)
7.2 vmd建立DNA及石墨烯納米孔的模型
7.3 添加水分子,KCL溶液及判斷模擬體系的電中性
7.4 運行能量最小化-NPT-NVT-施加電壓等模擬過程
7.5 模擬結(jié)果的分析處理，
7.5.1 ssDNA輸運速度
7.5.2 MSD分析
7.5.3 通過納米孔的輸運電流分析
報名費用
每班每人￥3300元（含報名費、培訓(xùn)費、資料費），食宿可統(tǒng)一安排，費用自理。
報名方式
點擊鏈接立即報名：http://flac3d.cn/hdp/lam/zsb.html
聯(lián) 系 人: 招生部 咨詢QQ: 85329991
手機： 15510057995 報名郵箱：85329991@qq.com
展開 “LAMMPS分子動力學(xué)技術(shù)與應(yīng)用”線上實戰(zhàn)
6.5查看動態(tài)軌跡和特殊幀的圖片顯示(采用VMD軟件做出漂亮的圖片和視頻，學(xué)會用tcl腳本控制輸出)
6.6數(shù)據(jù)分析（origin軟件的使用）
6.6.1 MSD分析
6.6.2 計算RDF
6.6.3 計算密度分布
第四天
理解并復(fù)現(xiàn)文獻內(nèi)容2
夾層結(jié)構(gòu)(graphene/C60/graphene)摩擦性質(zhì)模擬
（AIREBO力場）
7 夾層結(jié)構(gòu)(graphene/C60/graphene)不同粗糙度條件下的摩擦性能研究（復(fù)雜模型采用多種建模方式組合而成）
7-1 建立夾層結(jié)構(gòu)(graphene/C60/graphene)不同粗糙度的初始模型
7-2 夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線性能研究
7-3 夾層結(jié)構(gòu)摩擦性質(zhì)研究
六、頒發(fā)證書：
參加相關(guān)培訓(xùn)并通過考試的學(xué)員，可以獲得： 北京軟研國際信息技術(shù)研究院培訓(xùn)中心頒發(fā)的《LAMMPS 分子動力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用》專業(yè)技能結(jié)業(yè)證書。
七、聯(lián)系方式：
報名電話：18618288284 聯(lián) 系 人: 唐老師
報名郵箱：18611330667@163.com 報名QQ: 2720927402 微信：17800209174
【注】開課前一周會務(wù)組統(tǒng)一通知；開課前一天會將直播鏈接及上機賬號發(fā)至您郵箱或微信。如未收到請及時電話咨詢！
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查看動態(tài)軌跡和特殊幀的圖片顯示(采用VMD軟件做出漂亮的圖片和視頻，學(xué)會用tcl腳本控制輸出)
6.7 數(shù)據(jù)分析（origin軟件的使用）
6.7.1 MSD分析
6.7.2 計算RDF
6.7.3 計算密度分布
七、LAMMPS高級研修，自建分子力場參數(shù)文件和金屬有機框架材料晶體模型
7 LAMMPS分子力場文件創(chuàng)建及MOFs材料建模
7.1 介紹固體材料單晶包試驗數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，掌握基本的材料幾何特征
7.2 利用MS軟件構(gòu)建MOFs材料單晶包模型和H2和CO2分子模型
7.3 分子作用勢能函數(shù)，編寫MS軟件中的力場參數(shù)文件（off文件）
7.4 巨正則系綜Monte Carlo方法
7.5 利用Sorption模塊將H2和CO2分子插入到MOFs材料
7.6 編寫LAMMPS力場文件（frc文件），并通過lammps程序生成data文件
7.7 運行能量最小化及體系的預(yù)松弛
7.8 模擬步驟：包括能量最小化NVT平衡，對研究目標的性質(zhì)進行長時間軌跡平衡-輸出研究所關(guān)心的性質(zhì)。
展開 
基于Gromacs進行膜蛋白體系的分子動力學(xué)模擬
首先通過可視化軟件（VMD、pymol等）檢查結(jié)構(gòu)文件中的分子成分，去除不需要的組分。然后通過pdb2gmx命令講原始結(jié)構(gòu)文件進行轉(zhuǎn)換并選擇相應(yīng)力場。
2. 選擇合適的膜組分。根據(jù)自身需要選擇合適的磷脂成分（https://people.ucalgary.ca/~tieleman/download.html 可下載相關(guān)結(jié)構(gòu)和力場）。并且在該步驟利用蛋白和磷脂力場構(gòu)建需要的topol文件。
3. 選擇合適的蛋白和磷脂取向。由于膜蛋白的取向和在膜上的高度是固定的，因此要根據(jù)文獻報道確定合適的取向和位置。該步驟可使用trjconv和editconf等命令可以進行構(gòu)象的調(diào)整。如圖所示
4. 磷脂對蛋白質(zhì)的包裹。由于上個步驟中構(gòu)建的體系僅僅是調(diào)整了取向，磷脂還是非常松散，因此需要將磷脂進行收縮堆積。這里參考使用了InflateGRO方法。通過genrestr命令對蛋白質(zhì)進行位置限制，保證蛋白質(zhì)位置不變，僅僅改變磷脂位置，讓其自身進行縮放，可縮放多次，直至達到結(jié)構(gòu)的設(shè)定數(shù)值。
5. 模型構(gòu)建完成之后，需要使用genion和solvate命令添加離子和水。但是此時需要注意，該步驟填充的水和離子會出現(xiàn)雙層膜之間，這種結(jié)構(gòu)是不合理的，需要手動去除雙層膜熟睡核心的水分子。完成后結(jié)果如圖所示：
6. 隨后就可以通過grompp命令產(chǎn)生tpr文件并使用mdrun命令進行計算。
7. 結(jié)果分析：對于蛋白可以采用二級結(jié)構(gòu)、RMSD等參數(shù)刻畫蛋白質(zhì)特征，對于膜或者磷脂來說則可以通過序參數(shù)表征膜的有序程度例如有序相和無序相等。如圖所示：
也可以通過density命令分子膜的密度等特征。如圖所示：
在膜蛋白體系的模擬中，有許多其他的小問題需要注意。例如壓力耦合的設(shè)置、原子重疊甚至系統(tǒng)崩潰等問題，需要針對性的進行檢查和排除。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過公眾號聯(lián)系我們。
展開 GROMACS分子動力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用培訓(xùn)班
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如需開具會議費的單位請聯(lián)系招生老師要會議邀請函；
五、報名聯(lián)系方式：
聯(lián) 系 人: 招生辦公室
聯(lián)系電話：010-56245524
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官方網(wǎng)址：www.hdpaii.com
分子動力學(xué)交流大群QQ群：668223348
“GROMACS分子動力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用”培訓(xùn)班課程內(nèi)容
課 程
內(nèi) 容
一、GROMACS基礎(chǔ)
1 分子模擬入門理論——對分子動力學(xué)模擬原理游刃有余
1.1基本假設(shè)
1.2主要算法介紹：最速下降法、共軛梯度法
1.3積分步長的選取
1.4溫度和壓力控制
1.5周期性邊界條件
1.6分子動力學(xué)模擬流程
二、GROMACS入門操作
2 GROMACS入門操作基礎(chǔ)
2.1 Linux命令入門基礎(chǔ)——熟練掌握GROMACS所用的Linux命令
2.2 GROMACS的win版linux版編譯安裝——學(xué)會編譯方法，針對自己體系編譯軟件
2.3 GROMACS涉及的各種輸入輸出文件參數(shù)介紹
2.4 GROMACS力場介紹——深度探究力場具體形式，為以后創(chuàng)建自己體系做準備
OPLS為例，力場的各種參數(shù)說明
3 GROMACS建模——掌握基本操作流程——使學(xué)員具有扎實的技術(shù)基礎(chǔ)
3.1 Packmol，GaussView，vmd等建模軟件的使用
3.2 建立各種體系模型
混合模型、界面模型、球體模型等
3.3 小分子各種力場TOP文件的建立，x2top, prodrg, ATB
展開 分子動力學(xué)模擬介紹
將分子基團（幾個或者幾十上百個原子）當成單個的微粒來處理，微粒之間的作用也是通過類似于分子動力學(xué)的未能函數(shù)來描述，可以模擬更長的時間跨度
3、幾種常見的針對軟材料模擬分子動力學(xué)軟件
3.1namd： http://www.ks.uiuc.edu/Research/namd/
主要針對與生物和化學(xué)軟材料體系
優(yōu)點： 程序設(shè)計水平高，計算效率高，號稱可以有效并行到上千個處理器， 兼容多種輸入和輸出文件格式，有很好的分析輔助軟件VMD，有很好的維護服務(wù)， 不需安裝， 免費
缺點： 萬一需要自己安裝的話比較麻煩
3.2AMBER： http://amber.scripps.edu
，主要針對生物體系，也適當兼容一般化學(xué)分子
優(yōu)點： 有很好的內(nèi)置勢能模型， 自定義新模型和新分子很方便， 有很完善的維護網(wǎng)站
缺點： 計算效率不高（收斂到16個處理器），運算速度慢， $400
3.3CHARMM： http://www.charmm.org/
主要針對生物體系，也包含部分化學(xué)體系
優(yōu)點： 勢能模型更新很快，自定義新模型比較方便，維護服務(wù)很好
缺點： 運算速度慢，計算效率低，
$600
3.4TINKER： http://dasher.wustl.edu/tinker/
一般性分子動力學(xué)軟件，對生物體系略有偏重
優(yōu)點： 支持多種模型， 免費
缺點： 仍在開發(fā)中，某些方面還不完善
3.5LAMMPS： http://www.cs.sandia.gov/~sjplimp/lammps.html
， 一般性分子模擬軟件
優(yōu)點： 兼容當前大多數(shù)的勢能模型， 編程水平高，計算效率高（比NAMD差，強于其他所有類似軟件），
展開 分子動力學(xué)原理及其軟件介紹
優(yōu)點
程序設(shè)計水平高，計算效率高，號稱可以有效并行到上千個處理器
兼容多種輸入和輸出文件格式，有很好的分析輔助軟件VMD
有很好的維護服務(wù)
不需安裝
免費
缺點
萬一需要自己安裝的話比較麻煩
3.2 AMBER
http://amber.scripps.edu
主要針對生物體系，也適當兼容一般化學(xué)分子
優(yōu)點
有很好的內(nèi)置勢能模型
自定義新模型和新分子很方便
有很完善的維護網(wǎng)站
缺點
計算效率不高（收斂到16個處理器），運算速度慢
$400
3.3 CHARMM
http://www.charmm.org/
主要針對生物體系，也包含部分化學(xué)體系
優(yōu)點
勢能模型更新很快
自定義新模型比較方便
維護服務(wù)很好
缺點
運算速度慢，計算效率低
$600
3.4 TINKER
http://dasher.wustl.edu/tinker/
一般性分子動力學(xué)軟件，對生物體系略有偏重
優(yōu)點
支持多種模型
免費
缺點
仍在開發(fā)中，某些方面還不完善
3.5 LAMMPS
http://www.cs.sandia.gov/~sjplimp/lammps.html
一般性分子模擬軟件
優(yōu)點
兼容當前大多數(shù)的勢能模型
編程水平高，計算效率高（比NAMD差，強于其他所有類似軟件）
可以模擬軟材料和固體物理系統(tǒng)
免費
缺點
維護差
3.6 DL-POLY
http://www.cse.clrc.ac.uk/msi/software/DL_POLY/
一般性分子模擬軟件
優(yōu)點
界面友好
計算效率高（有兩個版本供選擇，適合于不同大小的體系）
維護服務(wù)很好
缺點
兼容性不好
100英鎊
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