Инструмент на Python для создания начальных файлов для моделирования молекулярной динамики

Явэй Лю

2021/11/30

• fftool

  • before use
  • файл топологии
  • файл силового поля (.ff файл)
  • использование fftool

before use

• Требуются Python и Packmol.

• Для больших систем рекомендуется использовать Pypy.

• fftool нужны два типа файлов для каждого вида (молекулы, ионы и другие материалы) в моделировании MD:

  • файл топологии с атомными координатами и, возможно, связностью (ковалентные связи);
  • файл силового поля с параметрами для масс, атомных зарядов, не связанных взаимодействий и взаимодействий связей (включая связи, углы, дигеральные и неправильные).
  • примеры можно найти в example.

• Всегда тестируйте файлы с минимальной системой.

• Более подробную информацию можно найти здесь.

Файл топологии

• Форматы, принимаемые fftool: .zmat, .xyz, .pdb или .mol.

• Каждый файл содержит имя файла для файла силового поля.

• fftool может вывести связность между атомами на основе длины связи в файле силового поля:

  • пересоединение всегда выполняется для файлов .xyz и .pbd.
  • пересоединение выполняется для файлов .zmat и .mol, если указано ключевое слово reconnect.

• Файл .zmat всегда рекомендуется, особенно для построения собственной молекулы.

  • это пример для бензола

  benzene
  
  CA
  CA  1  rCC
  CA  2  rCC  1  120.00
  CA  3  rCC  2  120.00  1   0
  CA  4  rCC  3  120.00  2   0
  CA  5  rCC  4  120.00  3   0
  HA  1  rCH  2  120.00  3 180
  HA  2  rCH  3  120.00  4 180
  HA  3  rCH  4  120.00  5 180
  HA  4  rCH  5  120.00  6 180
  HA  5  rCH  6  120.00  1 180
  HA  6  rCH  1  120.00  2 180
  
  rCC = 1.400
  rCH = 1.080
  
  connect 1 6
  
  oplsaa.ff
  • первый атом CA находится в центре;
  • второй атом CA связан с первым атомом связью длиной rCC;
  • третий атом CA связан со вторым атомом связью с длиной rCC, образуя угол 120$^\circ$ между 3-2-1 атомами;
  • четвёртый атом CA связан с третьим атомом связью с длиной rCC, образуя угол 120$^\circ$ между 4-3-2 атомами и дигериал 0$^\circ$.
  • и т. д.
  • в этом случае циклические молекулы требуют дополнительных записей соединения для закрытия колец: connect 1 6.
  • неправильные дигериалы могут быть указаны неправильными записями (обратите внимание, что fftool предполагает, что центральный атом неправильного дигериала является третьим в списке).
  • имя файла файла силового поля (oplsaa.ff) приведено последним.

файл силового поля (.ff файл)

• см. пример файла .ff в example.
• Будьте осторожны с единицами измерения в файле .ff:
  • единица расстояния — A;
  • угловая единица — deg;
  • энергетическая единица — KJ/mol (отличается от Kcal/mol для реальных единиц LAMMPS, $1\text{Kcal}\approx4.184\text{KJ}$);
  • единица жёсткости пружины для гармонических связей — $\text{kJmol}^{-1}\text{A}^{-2}$;
  • единица жёсткости пружины для гармонических углов — $\text{kJmol}^{-1}\text{rad}^{-2}$.
• Будьте осторожны с формулой гармонического потенциала в файле .ff:
  • константы связи и угла в форме $k/2 (x - x_0)^2$ (отличаются от констант LAMMPS, в которых она равна $k (x - x_0)^2$).
• Обычно необходимо вручную редактировать файлы, чтобы сопоставить имена атомов с именами силового поля.

Использование fftool

• fftool -h предоставляет всю справочную информацию.
• Пример для создания блока моделирования с 40 молекулами этанола и 300 молекулами воды и плотностью 38,0 моль/л:
  • fftool 40 ethanol.zmat 300 spce.zmat -r 38.0 -c # -c помещает центр коробки в начало координат;
  • packmol < pack.inp;
  • fftool 40 ethanol.zmat 300 spce.zmat -r 38.0 -c -l # -l для создания исходных файлов для LAMMPS.