【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分子力场建模领域，具体涉及一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法。
技术介绍
1、分子动力学在医药研究领域已经应用于药物设计和优化：通过分子动力学模拟，可以模拟药物与靶点之间的相互作用，从而预测药物的药效和毒性，为药物设计和优化提供重要依据。疾病机制研究：分子动力学模拟可以揭示生物分子在疾病发生和发展过程中的结构和功能变化，为疾病机制的研究提供新的视角和方法。药物作用机制研究：通过分子动力学模拟，可以研究药物与靶点之间的相互作用机制，从而深入了解药物的作用机制，为药物研发提供重要参考。药物筛选和预测：分子动力学模拟可以模拟药物与靶点之间的相互作用，从而预测药物的活性，为药物筛选和预测提供新的方法和技术。
2、计算机模拟分子动力学时，原子之间的相互作用由力场来描述，计算机中是以势能函数及其相应参数来表达力场特性的，力场描述的准确性决定了分子动力学模拟结果的准确性。目前主流的分子动力学力场可分为通用力场和专有力场两类：通用力场包含的原子类型多但精度较低，专有力场精度高但包含的原子类型少。
3、对于特定体系的模拟，使用专有力场可以取得更准确的结果。然而构建专有力场需要预先定义原子类型、进行大量量化计算并使用计算结果拟合力场参数，这一过程复杂繁琐且需要较大的人力和算力成本。
4、现有的技术难以方便、快捷地构建准确的分子动力学力场，本专利技术提出的方法可以解决这一问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的问题，本专利技术提出一种基于原子
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，包括以下步骤：
4、构建力场参数库，所述力场参数库中包括力场参数；所述力场参数包括：原子非键作用项的力场参数、键伸缩项的力场参数、键角弯曲项的力场参数及二面角转动项的力场参数；
5、定义二级原子指纹作为原子类型的标识，所述二级原子指纹为中心原子及与中心原子间隔两个化学键以内的原子和化学键的信息；即，中心原子相同，但是以化学键结合的原子不同时，会形成不同的二级原子指纹；
6、对于需要进行分子动力学模拟的目标分子，首先将目标分子按照二级原子指纹的定义，遍历分子中包含的所有的原子类型，使用二级原子指纹对所有原子类型进行标识；
7、在力场参数库中查找原子类型对应的力场参数；
8、若力场参数库中没有对应原子类型的力场参数，则从目标分子中切分得到包含该相应原子类型的最小分子，以该最小分子作为下一步计算力场参数的代理分子；由于代理分子是包含未知力场参数的最小分子，所以计算量较小，对代理分子进行量化计算和力场参数拟合，得到前述对应原子类型的力场参数，更新力场参数库；
9、使用更新后的力场参数库生成目标分子的力场文件，用于分子动力学模拟。
10、进一步地，所述原子和化学键的信息包括元素类型、成键原子、成键类型、原子芳香性、原子是否在环上、环的元数和是否是芳香环。
11、进一步地，所述原子非键作用项包括静电作用项和范德华作用项。
12、进一步地，对代理分子进行量化计算和力场参数拟合，包括：
13、将esp原子电荷作为原子静电作用项的力场参数，将根据元素类型预定义的lennard-jones势参数作为原子的范德华作用项参数；
14、使用modified seminario方法计算代理分子中所有键伸缩项和键角弯曲项的力场参数；
15、对所有二面角绕着中间轴柔性扫描，基于扫描得到的分子构象的量化和分子力场能量差，使用梯度下降法拟合二面角的力场参数。
16、进一步地，使用modified seminario方法计算代理分子中所有键伸缩项和键角弯曲项的力场参数包括：计算分子的振动频率，得到分子能量关于分子坐标的二阶导数矩阵，即hessian矩阵；使用modified seminario方法基于hessian矩阵计算键伸缩项和键角弯曲项的力场参数。
17、进一步地，所述esp原子电荷由分子静电势拟合得到。
18、与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：
19、本专利技术采用二级原子指纹定义分子动力学力场的原子类型，确保了原子类型能够准确描述对应原子的化学环境，并且可以实现自动化原子类型定义；采取切分目标分子得到代理分子、对代理分子进行量化计算和力场参数拟合，极大地降低了构建力场所需的算力成本；并且整个构建流程可通过程序自动化进行，实现了全流程自动化构建精确分子力场。
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1.一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，所述原子和化学键的信息包括元素类型、成键原子、成键类型、原子芳香性、原子是否在环上、环的元数和是否是芳香环。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，所述原子非键作用项包括静电作用项和范德华作用项。
4.根据权利要求3所述的一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，对代理分子进行量化计算和力场参数拟合，包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，使用Modified Seminario方法计算代理分子中所有键伸缩项和键角弯曲项的力场参数包括：计算分子的振动频率，得到分子能量关于分子坐标的二阶导数矩阵，即Hessian矩阵；使用Modified Seminario方法基于Hessian矩阵计算键伸缩项和键角弯曲项的力场参数。
6.根据权利要求4所述的一种基于原子指纹的分子动力学力
...【技术特征摘要】
1.一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，所述原子和化学键的信息包括元素类型、成键原子、成键类型、原子芳香性、原子是否在环上、环的元数和是否是芳香环。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，所述原子非键作用项包括静电作用项和范德华作用项。
4.根据权利要求3所述的一种基于原子指纹的分子动力学力场构建方法，其特征在于，对代理分子进行量化计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：荣辉，陈跃，谢剑明，樊稳，张书博，
申请(专利权)人：烟台海森大数据有限公司，
类型：发明
国别省市：
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