SCIGRESS                  

分子動力學及多功能分子設計模擬軟件包     

簡介

        SCIGRESS 先進的分子建模和可視化功能使得研究者可以方便的導入多種實驗方法所得的分子結構，也可以輕松的建立一個新的結構。除了豐富的建模工具外， SCIGRESS也提供了強大的計算引擎和全面的分析工具。

       分子動力學計算引擎Materials Explorer是由日本FUJITSU公司開發的一種高效的商業化的多用途分子動力學軟件包。Materials Explorer功能非常強大，有63個力場供選擇，可以用來研究有機物、高聚物、生物大分子、金屬、陶瓷材料、半導體等晶體、非晶體、溶液、流體、液體和氣體的相變、膨脹、壓縮系數、抗張強度、粘度、熱導率、缺陷等。小分子藥物與生物大分子的對接以及小分子藥物的構效關系一直是計算機輔助藥物設計中兩項非常重要的內容。Scigress繼承了CAChe的功能，提供了這兩項計算功能。此外，Scigress還包括了使用廣泛的半經驗量化計算模塊。通過Scigress，研究者可以完成掃描分子勢能面，確定化學反應機理，尋找反應過渡態，分析紅外紫外光譜，明確分子軌道中的電子躍遷，常規分子動力學模擬，計算眾多材料體系的力學與熱力學性質，模擬晶體的外延生長與表面吸附的動態行為，預測小分子在多孔材料中的分布情況，列舉分子的低能構象，建立藥物分子的構效關系模型，完成小分子藥物與生物靶標的對接等多種科研任務。
       SCIGRESS 實現了Client-Server 構架。研究者可以簡便的利用位于Microsoft Windows 平臺下的界面進行建模和結果分析，把大量的計算任務分配到服務器或計算集群中進行。這樣就使得研究者可以對更大的體系進行更精確的模擬計算。

1. 模擬體系

      SCIGRESS增強了建模功能，可用于多種材料的研究。用戶能夠非常方便地創建并編輯無定型體系、液晶、界面、聚合物、無限鏈分子、蛋白質、非晶物質、晶體、化學表單等。根據模型研究的需要，還可以可以建立諸如雙組分液體、晶體對接、缺陷、摩擦與切削、分子槍（用于吸附、沉積、沖蝕等過程的分子動力學模擬）以及其他多種復雜模型。

多種模擬模型包括晶體、雙組份液體、沉積、晶界、復雜形狀金屬與復合材料等

化學樣品性質表單

2.模擬方法

2.1 分子動力學模擬

• 使用Parrinello-Rahman-Nose方法的NEV，NTV, NPH以及 NTP
• 對于鍵的限制的SHAKE和MATRIX算法周期或非周期邊界條件
  
• 研究異相系統（氣-固界面，固體顆粒邊界等）
  
• 多種分子模型：potential，rigid body，bond constraint，united atom model
  
• 使用Parrinello-Rahman 和 Nose 方法進行溫度和壓力控制分子動力學模擬
  
• 初始馳豫——阻止在液體和非晶模擬中的爆炸
  
• 外場：靜電場，磁場，重力場，包括球和彈性能力校正
  
• 電荷確定工具——確定分子的原子電荷
  
• 輕松建立隨機多組分液相或氣相系統
  
• 輕松進行分子模擬，從而研究晶體或外延生長，表面吸附和表面破壞
  
• 利用復制，剪切和粘貼功能建立帶有缺陷和雜質的模塊系統

力場
      勢能庫包括適應于很大范圍的原子－原子之間的勢能函數和參數。提供及其豐富和強大的的勢函數：勢場數據庫由大量高質量、已發表的勢場，包括雙體、三體和嵌入的原子模型，并可以單獨設置內部某個確定原子的勢；此外用戶還可以自己為其需要而對勢參數優化、添加新的勢Scigress中包含2Body，3Body，EAM，AMBER等63個力場可供用戶選擇。

結果分析

顯示體系的快照、軌跡和動力學體系的動畫
顯示關于隨著時間改變，溫度、壓力、內能和其它性質的2D圖像的變化情況
針對于X-ray和中子衍射的干擾函數
徑向分布函數
均方位移
利用Voronoi多面體對材料微結構進行分析
研究體系包括高分子材料、生物大分子等物質的氣體相變、膨脹、壓縮系數、抗張強度、缺陷等
熱傳導率分析。加強了多光源設定、材料特性顯示、圖像單元顯示等可進行高效描述的圖形功能

2.2 量子化學

2.3 生命與藥物

分子對接（基于力場或量子化學）

可及表面、緊鄰表面、縫隙表面分析

兩個分子重合的RMS性質

Pubchem在線數據庫工具（分子結構精確搜索、近似匹配搜索、子結構搜索）、SCIGRESS內部化學結構數據庫搜索、劍橋ChemFinder數據庫，并支持任何化學數據庫接口

二維分子結構與三維分子結構轉換

3. 計算服務管理
    Scigress包含整合網絡技術的作業管理系統。與獨立的作業排隊系統結合，能在遠程計算機上自動處理作業調度、計算結果管理，非常適合小型工作站、計算中心高性能計算。