科研干货 ‖ 超实用！分子模拟建模的N种方法,已收藏！

在实际科学研究中，分子模拟已经成为了一种从微观尺度（原子/分子）探究物质局域结构与计算宏观物性的常用手段。在进行分子模拟之前，我们首先要把相应的实际物理模型转化为分子模拟可用的结构文件，这个过程一般我们称之为“建模”。

不同的分子模拟软件输入结构文件各异，比如Lammps软件的输入结构文件为data.***，Gromacs软件的输入结构文件为***.gro和***.top等。今天我们就来介绍几种常用的建模方法。

01

编辑结构文件

对于一些简单体系，根据晶胞参数、原子坐标手动编辑结构文件。此方法需要对使用的分子模拟软件输入结构文件格式比较熟悉，否则容易出错，故门槛较高，但胜在灵活。

这里以Lammps软件为例建立MgO模型，输入结构文件内容如下：

图中采用full style，详见：

https://docs.lammps.org/read_data.html的Format of a data file部分。如果想模拟更大的体系，可以在in文件中通过replicate命令实现。

02

下载结构文件

直接从唯理计算小分子数据库中下载相应的cif、pdb、mol等结构文件，然后通过软件进行格式转换。

这里还是以MgO为例，从Materials Project网站：

https://materialsproject.org/#search/materials

下载MgO的Fmm空间群的cif文件。

可以通过MS、VMD、Open Babel等多种软件进行格式转换，

• 比如把cif文件导入MS中，通过Focite模块分配好电荷和力场，然后使用lammps的msi2lmp.exe进行格式转换；
• 先将cif转为pdb文件，导入VMD中，在TK console中使用pbc box显示盒子，再通过topo writelammpsdata <filename> [<atomstyle>]即可得到data文件；
• Open Babel支持多种格式互转，官网给了几个例子：

http://openbabel.org/docs/current/Commandline_tools/babel.html#examples，

更多支持格式见以下网址：

http://openbabel.org/docs/current/FileFormats/Overview.html#file-formats。

03

编辑结构文件

一些复杂体系（比如溶剂模型等），无法手动编辑亦无法采用MS手动逐个添加溶剂分子，这种情况需借助一些软件（比如packmol）。

这里以MgO水溶剂模型为例：首先准备MgO.pdb和H₂O.pdb，然后准备packmol脚本***.inp，内容如下：

然后运行packmol < ***.inp。这里我们建立了一个含1个MgO、500个H₂O的水溶剂模型，当然，在分子模拟的开始阶段别忘了先进行能量最小化。

04

脚本自动建模

采用python等语言写脚本自动建模（此处可报名Python进阶小班课程，具体报名方法见详见文章）此方法仅适合高端玩家，需对各空间族群和各软件输入结构文件了然于心，不建议入门者触碰。如果您能做到这一点，恭喜您是这方面的专家！

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