6、生物分子建模中的时间与长度尺度拓展及相关模拟研究

生物分子建模中的时间与长度尺度拓展及相关模拟研究

1. 生物分子建模技术发展概述

分子建模和模拟技术在过去三十年里已发展成为强大的工具和独立的科学学科，广泛应用于物理、化学和生物学等多个领域，涵盖从材料科学到生物技术等诸多方面。随着计算机技术的飞速发展，这些技术自然地适用于更复杂的系统。近年来，一系列先进创新的技术不断涌现，推动时间和长度尺度进一步向纳米/介观尺度应用和软物质领域拓展。

1.1 先进技术手段

• 高效计算方案 ：提出了更高效的计算方案来处理长程相互作用。
• 并行算法 ：开发了并行算法，可在高端快速计算机、个人计算机集群和异构网格环境中运行。
• 量子力学方法 ：从头算和混合量子力学/分子力学（QM/MM）方法逐渐成为常规手段，并不断发展以处理大型系统。
• 多尺度建模 ：跨越从量子力学系统（包含原子核和电子）到纳米/介观/微观/宏观层面的多尺度建模方案正迅速成熟。

2. 分子动力学模拟中平均构型的研究

在生物分子系统的大规模模拟中，记录、监测和可视化分子动力学轨迹中的构型信息是一项挑战。详细记录全轨迹上的瞬时构型很快会变得难以管理。因此，提出了一种使用轨迹段平均构型的替代方法，用于跟踪系统在多纳秒模拟中的详细分子行为，并成功应用于晶体生长的分子动力学模拟。

2.1 平均构型的生成

• 时间粗粒化