力場的案例
GROMACS模擬流程與力場構建
力場構建
在整個模擬工作的前期，最為關鍵的事情就是得到準確的力場參數和文件。對于蛋白質等生物分子，Gromacs可以自動識別氨基酸并產生準確的力場文件，但是對于某些特殊的小分子，Gromacs并不能識別和產生力場參數。這時候需要自己構建合適的力場或者利用現有的網站去生成。在此推薦一個力場生成網站：http://zarbi.chem.yale.edu/ligpargen/index.html。該網站需要認為畫出小分子的結構，然后會自動識別并產生分子的OPLS全原子力場。
結語
本文簡要介紹了Gromacs的操作流程和力場產生的方式。在實際的操作過程中，用戶需要準確了解每個命令中的用途以及如何針對自己的需要選擇合適的力場類型以及mdp文件中的設定例如計算時長，輸出頻率，溫度和壓力的耦合方式等。另外，力場的構建是模擬準備工作中非常關鍵的一步。由于Gromacs可以識別的分子有限，對于許多工作來說，分子力場的構建非常棘手。本文僅以opls力場為例，用現有的網站輔助生成。實際工作中針對不同的需求，在力場構建時還會需要到一定的文獻調研和編程能力。
最后，有相關需求和疑問，歡迎通過微信公眾號聯系我們。
展開 Gromacs模擬教程之力場和電荷處理
眾所周知，在分子動力學模擬中，保證模擬結果精確性的最重要因素之一就是力場的準確性，尤其是非鍵相互作用和電荷的準確性。對于核酸和蛋白質等體系，Gromacs擁有自帶的力場包例如amber、charmm以及opls可以自動識別并提供相應的參數和電荷，這些參數經過開發者的測試具有較高準確性。但是對于一些非常見的分子例如配體等力場的構建，gromacs無法自動處理，需要我們額外處理。之前我們曾推薦過一個較好的力場生成工具(
http://zarbi.chem.yale.edu/ligpargen/index.html)可以產生opls力場的作用參數。今天我們介紹一種產生適用性更強的基于ambertools的生成力場的方法。本次我們主要使用ambertool和gaussian來生成小分子力場參數和電荷。
安裝ambertools，首先我們需要安裝ambertools(下載網址https://ambermd.org/ ) ，在此向大家提供一種簡單的安裝方法：使用anaconda安裝。
利用antechamber生成對應的mol2文件和預處理文件
antechamber -i lig.mol2 -fi mol2 -o lig_amber.mol2 -fo mol2
在此可以看到使用antechamber的時候我們也可以計算BCC電荷，但是BCC電荷精確度不高，我們還是考慮使用gaussian產生精度較高的RESP或者RESP2電荷。
展開 GROMACS計算蛋白-配體相互作用以及力場構建
本文介紹一種建立力場的方式以及在蛋白質-小分子模擬過程中需要注意的重要問題。
首先，我們選擇需要模擬的蛋白質和小分子。蛋白質的構象可以從在線的PDB庫找到（https://www.rcsb.org/ )。小分子的構象可以通過相關的網頁或者軟件進行構建。然后通過手動或者對接的方式將蛋白和小分子組合。這樣就可以初步得到蛋白-配體復合物的構象。如下圖：
之前的模擬介紹過如何生成蛋白質的力場。如果此時使用gmx pdb2gmx -f AA.pdb -o AA.gro命令來建立力場時，會發現gromacs無法識別小分子并產生相關的力場。在此我們介紹一種生成力場的工具：CGenFF (https://cgenff.umaryland.edu/ )，我們可以通過該網站提供的工具產生mol2文件。其中要注意的是生成力場是一定要對配體把缺失的H原子補上，以生成準確的全原子力場。注意生成的mol2文件可能存在一些小錯誤需要手動修改。
在此我們還需要準備需要的力場文件，然后利用我們提供的腳本來進行力場的建立。大概命令為：python ff_charmm2gmx.py AA AA_fix.mol2 aa.str charmm36-mar2019.ff。力場生成后需要準確將力場文件以及對應的模擬參數文件逐個寫入top文件。如圖所示：
力場生成后我們可能還需要手動修改蛋白-配體結構文件。在此我們就可以通過使用對應命令來構建盒子并且添加溶劑。如圖所示
之后的模擬就可以按步驟利用對應的mdp文件生成tpr并且進行模擬。
展開 基于PERL語言的MS中Forcite模塊的添加電場力場腳本
在科研計算中，電場和力場的施加對于模擬結果的準確性和可靠性具有決定性的影響。它們能夠模擬真實環境中的相互作用，為科研人員提供更加準確、可靠的數據支持。為了滿足科研人員對于高效、精準電場與力場設置的需求，我們推出了一款功能強大的基于Perl語言的MS Forcite模塊添加電場與力場腳本。下面，我們將對該腳本的功能進行全面、深入的介紹，并探討施加電場、力場的好處以及相關的背景信息。
一、施加電場、力場的好處
模擬真實環境：通過施加電場和力場，可以更加真實地模擬材料在實際環境中的行為。這對于研究材料的電學性能、化學反應動力學等領域具有重要意義。
提高計算準確性：電場和力場的施加能夠更準確地描述原子和分子間的相互作用，從而提高模擬計算的準確性。這對于預測材料性質、設計新材料等方面具有重要價值。
拓展研究領域：電場和力場的引入為研究復雜體系提供了新的思路和方法，有助于科研人員拓展研究領域，探索更多未知的科學問題。
二、背景介紹
電場在科研中的應用：電場在科研領域具有廣泛的應用，如研究材料的電學性能、電化學過程、電子結構等。通過施加電場，可以模擬材料在電場作用下的行為和性質變化，為科研人員提供重要的數據支持。
力場在科研中的應用：力場是描述原子和分子間相互作用的重要工具，廣泛應用于分子動力學模擬、蒙特卡洛模擬等方法中。通過選擇合適的力場模型，可以準確地模擬材料的結構、性質和行為，為科研人員提供可靠的理論依據。
電場與力場的結合：在科研計算中，電場和力場往往需要結合使用。通過同時施加電場和力場，可以更加真實地模擬材料在實際環境中的行為，提高模擬計算的準確性和可靠性。
展開 
使用AmberTools24獲得Amber力場文件教程
AMBER力場，由Peter Kollman課題組開發，是在生物大分子模擬中廣泛應用的一個重要分子力場。最初，AMBER力場主要用于計算蛋白質和核酸體系，其力場參數數據來自實驗值。隨著應用的擴展，Kollman及其團隊不斷豐富AMBER力場的內容，逐步發展成一個適用于生物大分子、有機小分子以及高分子模擬的全面力場體系。RESP電荷方法，即Kollman等人在其開創性論文《A well-behaved electrostatic potential based method using charge restraints for deriving atomic charges: the RESP model》中提出的技術，是當前最適合用于柔性小分子模擬的電荷模型。RESP電荷在分子動力學、構象分析以及分子對接等應用中展現出了卓越的效果。
在此教程中，我們將帶您深入了解如何使用Gaussian和AmberTools進行結構優化和電荷計算。首先，您將學習如何使用Gaussian軟件優化分子結構，并計算得到esp電荷。接著，我們將介紹如何利用AmberTools對這些電荷進行RESP擬合，同時生成所需的Amber力場參數文件。
通過本教程，您將掌握從Gaussian優化結構到AmberTools計算RESP電荷及力場參數的整個流程，為您的分子模擬提供堅實的基礎。請跟隨我們的步驟，充分利用這些強大的工具，提升您的模擬精度和可靠性。
AmberTools24的安裝
從AmberTools的官網下載AmberTools在Linux下的安裝包AmberTools24.tar.bz2。
展開 超重力場下Al-Li-Mg-Zn-Cu多組元合金的梯度結構
超重力場會導致材料中各個相的比例發生變化，在離心冷卻過程中 MgZn2將沿超重力方向由金屬間化合物轉變為共晶結構，在合金相中將出現一些結構的波動。文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9365-8
圖1 超重力分離示意圖
通過實驗條件的優化和系統的表征, 作者發現超重力處理后出現了梯度組織結構和硬度值。沿著超重力方向, 合金的組織結構從大塊金屬間化合物轉化為共晶結構, 同時鋁的氧化物也在離心中被打碎并沿著這一方向梯度分布。
圖2 (a) 超重力狀態下晶界尺寸，(b) 粘度、氧化物含量的梯度分布。
實驗結果表明, 通過短時間離心的超重力方法有望提升合金綜合性能并加快高性能多組元合金的開發。
來源：中國科學材料
展開 分子動力學簡介及入門
考慮1：軟件的選擇，這通常和軟件主流使用的力場有關，而軟件本身就具體一定的偏向性，比如說，做蛋白體系，Gromacs，Amber，Namd均可；做DNA,RNA體系，首選肯定是Amber；做界面體系，Dl_POLY比較強大，另外做材料體系，Lammps會是一個不錯的選擇
考慮2：力場的選擇。力場是來描述體系中最小單元間的相互作用的，是用量化等方法計算擬合后生成的經驗式，有人會嫌它粗糙，但是它確確實實給我們模擬大系統提供了可能，只能說關注的切入點不同罷了。常見的有三類力場：全原子力場，聯合力場，粗粒化力場；當然還有所謂第一代，第二代，第三代力場的說法，這里就不一一列舉了。
再次提醒注意：必須選擇適合于我們所關注體系和我們所感興趣的性質及現象的力場。
3）通過實驗數據或者是某些工具得到體系內的每一個分子的初始結構坐標文件，之后，我們需要按我們的想法把這些分子按照一定的規則或是隨機的排列在一起，從而得到整個系統的初始結構，這也是我們模擬的輸入文件。
4）結構輸入文件得到了，我們還需要力場參數輸入文件，也就是針對我們系統的力場文件，這通常由所選用的力場決定，比如鍵參數和非鍵參數等勢能函數的輸入參數。
5）體系的大小通常由你所選用的box大小決定，我們必須對可行性與合理性做出評估，從而確定體系的大小，這依賴于具體的體系，這里不細說了。
6）由于初始構象可能會存在兩個原子挨的太近的情況（稱之為badcontact），所以需要在正式模擬開始的第一步進行體系能量最小化，比較常用的能量最小化有兩種，最速下降法和共軛梯度法，最速下降法是快速移除體系內應力的好方法，但是接近能量極小點時收斂比較慢，而共軛梯度法在能量極小點附近收斂相對效率高一些，所有我們一般做能量最小化都是在最速下降法優化完之后再用共軛梯度法優化，這樣做能有效的保證后續模擬的進行。
展開 gaussian-cp2k-lammps-reaxff 專題
CP2K結構優化、過渡態搜索和力場開發實例
7.1. CP2K研究有機分子在固體表面的吸附
7.2. CP2K過渡態計算以及結構和能量提取
7.3. ReaxFF反應力場開發所需文件詳解
7.4. 提取CP2K計算結果實現ReaxFF訓練集的構建
7.5.
基于Gromacs的蛋白質與小分子配體相互作用模擬教程
蛋白及配體力場獲取
只有在力場的.rtp文件中存在構建塊的條目時，拓撲才能自動組裝。而JZ4配體在 GROMACS 提供的任何力場中都不是一個可識別的實體，因此我們將分兩步準備系統拓撲：1)用pdb2gmx準備蛋白質拓撲；2)使用外部工具準備配體拓撲。
2.1 使用pdb2gmx準備蛋白質拓撲
本教程使用的力場為amber14sb.ff，選擇默認的水模型TIP3P，然后為封端選擇“NH3+”和“COO-”，獲得力場文件及完整坐標文件。
2.2 使用外部工具獲得配體拓撲
本教程使用的力場為amber14sb.ff，因此使用GAFF工具生成JZ4配體的top文件。1)使用Avogadro軟件為配體添加氫原子，同時輸出JZ4.com文件，修改Gaussian設置，獲得Gaussian輸入文件JZ4.gjf，進行 Gaussian 優化。2)利用 AmberTools 計算電荷。3)利用 parmchk 檢查成鍵相缺失。4)利用LEaP生成 Amber 格式力場，文件內容見下圖。5)利用acpype將Amber格式轉換為Gormacs格式的GAFF力場文件及坐標文件。
組合蛋白質和配體，生成蛋白質-配體復合物
二、定義盒子，添加溶劑及離子
三、能量最小化
四、限制復合物及體系平衡
1. 限制復合物：通過genrestr創建位置限制文件，定義位置限制。
2. NVT平衡
3. NPT平衡
五、成品模擬
六、分析
1. 執行energy模塊計算蛋白質-配體相互作用
2.
展開 分子動力學模擬-礦物表面潤濕性
1，初始模型構建：初始模型是氣-水-壁面模型，使用PACKMOL構建，使用lammps也可以用lammps建模
2，選擇力場：CO2可用TRAPPE，EPM2力場，H2O用SPC/E力場，油用OPLS-AA力場，黏土礦物用clayff力場
3，進行分子動力學模擬：能量最小化-平衡動力學-生產動力學
4，統計數據，可分析密度分布，擴散系數，相互作用力參數等
5，提供LAMMPS in文件，data文件; GROMACS：mdp，top，inp，pdb，gro，xtx等文件
首先設置一個初始尺寸較大的模擬盒子，如圖1所示。
體系設置為NVT系綜，可以設置多個溫度，觀察溫度的影響。壓力由氣體數量決定。麻煩點可以在體系上面加一個板子，用NEMD壓板子。這個體系8ns就穩定了。
圖2是 6ns的穩定構象。
圖3 是接觸角的二維密度分布。
圖4 是密度分布，還可分析相互作用能
圖5 顯示了親水礦物可能不存在接觸角
圖6-圖7 是溫度-壓力對接觸角的影響。
圖1 基礎模型
圖2 6 ns后的穩定模型
圖3 H2O的二維密度分布
圖4 密度分布
圖5 親水礦物沒有接觸角
圖6 溫度的影響
圖7 壓力的影響
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 GROMACS分子動力學模擬技術與應用培訓班
價格優惠政策：提前報名匯款的客戶每人優惠400元；
如需開具會議費的單位請聯系招生老師要會議邀請函；
五、報名聯系方式：
聯 系 人: 招生辦公室
聯系電話：010-56245524
聯系手機：17710658969
咨詢QQ： 85329991
官方網址：www.hdpaii.com
分子動力學交流大群QQ群：668223348
“GROMACS分子動力學模擬技術與應用”培訓班課程內容
課 程
內 容
一、GROMACS基礎
1 分子模擬入門理論——對分子動力學模擬原理游刃有余
1.1基本假設
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分子動力學模擬流程
二、GROMACS入門操作
2 GROMACS入門操作基礎
2.1 Linux命令入門基礎——熟練掌握GROMACS所用的Linux命令
2.2 GROMACS的win版linux版編譯安裝——學會編譯方法，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介紹
2.4 GROMACS力場介紹——深度探究力場具體形式，為以后創建自己體系做準備
OPLS為例，力場的各種參數說明
3 GROMACS建模——掌握基本操作流程——使學員具有扎實的技術基礎
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 
[11月22日-11月25日 北京 ] 關于 “LAMMPS分子動力學模擬技術與應用” 培訓班
時間地點
時間：2018年11月22日-11月25日
地點：北京
培訓大綱
課 程
內 容
第一天 上午
LAMMPS基礎
課程1 分子模擬理論
1.1 基本假設；最速下降法；共軛梯度法
1.2 積分步長的選取；溫度和壓力控制；周期性邊界條件; 分子動力學模擬流程
第一天下午
LAMMPSS入門操作的Linux基礎命令
課程2 LAMMPS操作基礎
2.1 Linux基礎
2.2 LAMMPS的linux版串行和并行及GPU版編譯安裝
2.3 LAMMPS主要涉及的各種輸入輸出文件的介紹
In, data, lammpstrj 及 DCD, XTC 等格式的優劣，文件命名規則
2.4 LAMMPS力場介紹——深度探究力場具體形式，為以后創建自己體系做準備
力場的各種參數說明（擴展CVFF，MARTINI，CHARMM，AMBER等力場）
實例操作：編譯安裝LAMMPS
課程3 LAMMPS建模
3.1 建立各種體系模型(Packmol，Material Studio，VMD，gromacs混合模型、界面模型、球體模型等);
3.2 各種材料的data文件的建立，文件的結構以及參數說明
3.3 建立簡單的有機物分子模型并集成為復雜的仿真模型
如何構建環氧樹脂模型（Material Studio），構建仿真模型（vmd）。
展開 基于LAMMPS實現頁巖納米孔多組分氣體和頁巖油的競爭吸附
全部流程如下：
1，建立壁面模型(干酪根，石墨烯，二氧化硅，蒙脫石，高嶺石，伊利石，方解石等)；建立原油組分分子結構；建立注入氣(CO2, CH4, N2)的分子結構；
2，賦予干酪根CVFF力場，粘土礦物ClayFF力場，CO2, N2分別用fix rigid設為剛體，CH4用聯合原子/OPLS力場，原油組分用OPLS-AA力場。
3，利用in文件將壁面，油，CO2氣體等組合成data文件。
4，進行能量最小化，設置平板移動速度進行分子動力學模擬。
可以提供代碼和一對一教學，可以進行答疑，可以針對特定需求來建模和代碼。
可以在論文中分析的圖和數據有：
1 初始模型
2 平衡模型（不同摩爾比）
3 密度分布
4 氣體吸附量
5 相互作用力（靜電力與范德華力）
6 不同含水量的吸附圖像
7 不同含水的密度分布
8 不同含水下的氣體吸附量
9 氣體損失率
10 擴散能力
11 封存效率
12 力場驗證
13 吸附氣/自由氣判定
14 模型隨機性
最后，有相關模擬需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 基于Gromacs的蜘蛛毒素肽顯性溶劑動力學分析 ￥15
-ff 指定力場（G43a1是Gromos96力場，一個通用原子力場）。
-f 讀入pdb文件，
-o 指定一個新產生的pdb文件（也可以是其它多種類型文件）的文件名。
-p 指定新產生的拓撲文件名。拓撲文件包含了所有力場參數（基于一開始選擇的力場），因此非常重要。
-water 來指定水模型研究表明SPC/E 水模型在水盒子模擬中表現最好。用SPC/E 水模型研究長程靜電相互作用較好。
#注：對于下面將要用到的任何命令，都可以使用“-h”查看該命令的使用方法，比如，對于命令pdb2gmx 可以使用： pdb2gmx –h
3 建立盒子
editconf -bt cubic –f fws.pdb –o fws.pdb –d 0.9
用上面的命令建立了一個簡單的立方體盒子.
-d 決定了盒子的尺寸，即盒子邊緣距離分子邊緣 0.9nm （9?）。理論上在絕大多數系統中，-d 都不能小于0.85nm。
注：editconf 也可以用來進行gromacs文件（*.gro）和pdb 文件（*.pdb）的相互轉化。
例如：editconf –f file.gro –o file.pdb 則將file.gro 轉換為 file.pdb
現在就可以用產生的文件進行真空模擬了。真空模擬就是先能量最小化，然后進行動態模擬。
4 在盒子中放入溶劑
genbox –cp fws.pdb –cs spc216.gro –o fws_b4em.pdb –p fws.top
genbox命令在editconf產生的盒子基礎上生成水盒子。上面的命令行指定了SPC水盒子。
展開 生成GROMACS拓撲文件的各種工具
力場
工具
說明
AMBER GAFF
AmberTools+ACPYPE
推薦的標準做法
MKTOP
簡單腳本, 需要提供電荷
CHARMM
[url=]SwissParam[/url]
CGenFF
用于CHARMM的通用力場, 待考
GROMOS
PRODRG
自動生成拓撲的網絡服務器, 經典工具, 輸出文件需要檢查
ATB
自動生成拓撲的網絡服務器, 可能更好, 輸出文件仍需檢查
OPLS-AA
TPPMKTOP
目前最好
MKTOP
簡單腳本, 需要提供電荷
Topolbuild
將Tripos.mol2文件轉換為拓撲
TopolGen
將全原子的pdb文件轉換為拓撲
UFF
OBGMX
近似UFF力場, 可作參考
生物分子力場
pdb2gmx
GROMACS通用工具, 只用于蛋白質, DNA, RNA的生物分子
所有力場
展開 