材料計(jì)算及模擬6-simulation software

1、計(jì)算機(jī)軟件簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)軟件簡(jiǎn)介Introduction to Computer Software材料設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件簡(jiǎn)介及應(yīng)用示例q 材料設(shè)計(jì)與模擬軟件概述: 介紹材料模擬設(shè)計(jì)中各種計(jì)算機(jī)軟件q Accelrys Materials Studio： 介紹該材料模擬軟件的各種計(jì)算機(jī)模塊及其功能材料設(shè)計(jì)與模擬軟件概述q Cerius2, Materials Studio, InsightII, Discovery Studio Modeling, Catalyst, Felix, QUANTA, Tsar, Topkat, GCG, Crystal Studio, ChemOfficeq Matlab

2、, Origin, MathCAD, Nestch Peak Separation, MDI Jade 5.01.專業(yè)軟件(1) Cerius2qAccelrys Molecular Simulation Inc. Accelrys has over twenty years of leadership in the delivery of computational science and informatics software to diverse R&D organizations. qKey product: q Discovery Studio: integrated, PC-ba

3、sed simulation & informatics for life scienceq Materials Studio: integrated materials simulation on the PCq Cerius2, Catalyst, Insight II, QUANTA: modeling for UNIX / Linux workstationsq Accord: cheminformatics suitesqOn-line Information: (1) Cerius2 簡(jiǎn)介1.材料科學(xué)軟件功能簡(jiǎn)介Accelrys Cerius2軟件運(yùn)行于SGI IRIX工作站系統(tǒng)上

4、，是Accelrys產(chǎn)品線中用于材料計(jì)算的主要平臺(tái)之一，有十多年的產(chǎn)品開發(fā)歷史，不僅界面友好易用，而且集成了全面的材料計(jì)算工具，包括分子力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)、Monte Carlo、統(tǒng)計(jì)力學(xué)以及介觀動(dòng)力學(xué)等多種計(jì)算方法。1） 核心模塊及圖形界面2） 能量計(jì)算工具3） 材料性質(zhì)模擬計(jì)算工具4） 介觀模擬方法5） 量子力學(xué)計(jì)算程序6） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解析工具7） 統(tǒng)計(jì)相關(guān)方法8） 軟件開發(fā)工具(1) Cerius2 簡(jiǎn)介2.生命科學(xué)軟件功能簡(jiǎn)介 眾所周知，合理藥物設(shè)計(jì)能夠幫助醫(yī)藥研究機(jī)構(gòu)加快藥物發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。美國(guó)Accelrys公司的藥物設(shè)計(jì)軟件，針對(duì)不同的研究狀況，提供相應(yīng)的解決方案：無(wú)論是在受體

5、蛋白結(jié)構(gòu)已知的情況下，還是在只了解部分有機(jī)小分子的情況下，都能夠針對(duì)治療目標(biāo)，提供有效信息。這里介紹的Cerius2藥物軟件包，能夠針對(duì)配體結(jié)構(gòu)已知/未知、受體結(jié)構(gòu)已知/未知、應(yīng)用組合化學(xué)方法等幾種情況，開始先導(dǎo)化合物的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。 1） 分子模型構(gòu)建與顯示2） 分子力學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算工具3） 合理藥物設(shè)計(jì)-QSAR和基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)4） 組合化學(xué)(1) Cerius2 1）核心模塊及圖形界面qC2.Visualizer - 軟件核心模塊及圖形用戶界面。Visualizer模塊為構(gòu)造、編輯、顯示、分析三維分子結(jié)構(gòu)模型提供了全面的模擬環(huán)境。結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造工具 qC2.Crystal Builder

6、 - 用于建造及顯示無(wú)機(jī)、高分子及分子晶體的結(jié)構(gòu)模型，為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)研究及性質(zhì)模擬提供基礎(chǔ)qC2.Surface Builder - 用于建造二維周期結(jié)構(gòu)模型，可研究材料表面的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)及互相作用。 qC2.Interface Builder - 用于建造、顯示兩種材料間的界面模型?？娠@示并研究復(fù)雜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，為更深入的模擬計(jì)算提供基礎(chǔ)(1) Cerius2 1) 核心模塊及圖形界面qC2.Polymer Builder - 用于建造、顯示高聚物的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)提供了極豐富的單體數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶亦可以自定義新的單體?？蓭椭芯咳藛T了解和表征聚合物的結(jié)構(gòu)。 qC2.Amorphous Builder

7、 - 建造無(wú)定形分子結(jié)構(gòu)，包括高分子本體和高分子溶液的結(jié)構(gòu)模型。結(jié)合模擬和分析工具，為深入了解無(wú)定形結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系提供了強(qiáng)有力的工具。 (1) Cerius2 2) 能量計(jì)算工具qC2.OFF(Open Force Field) - 提供Cerius2軟件中性質(zhì)預(yù)測(cè)模塊所需的分子力場(chǎng)。軟件提供了全面的力場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，適用的材料體系包括無(wú)機(jī)物、高分子、分子篩、有機(jī)金屬化合物以及其他材料類型。qC2.FFE (Force Field Editor) - 用戶可采用力場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)力場(chǎng)或自定義力場(chǎng)參數(shù)。也可采用文獻(xiàn)中的力場(chǎng)參數(shù)來(lái)解決用戶自己的問(wèn)題，并發(fā)展和驗(yàn)證已有的力場(chǎng)參數(shù)。 qC2.Minim

8、izer - 利用Cerius2軟件的OFF力場(chǎng)，根據(jù)分子力學(xué)的計(jì)算結(jié)果預(yù)測(cè)能量最低的結(jié)構(gòu)，有助于對(duì)分子、大分子、無(wú)定形態(tài)、晶體及表面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的深入了解。 (1) Cerius2 2) 能量計(jì)算工具qC2.Dynamics - 運(yùn)用分子力學(xué)研究結(jié)構(gòu)馳豫及材料的動(dòng)力學(xué)行為?？捎?jì)算的性質(zhì)包括穩(wěn)定性、擴(kuò)散系數(shù)、徑向分布函數(shù)、結(jié)構(gòu)因子及速率自相關(guān)函數(shù)。 qC2.COMPASS - COMPASS是PCFF力場(chǎng)的最新版本，是第一個(gè)由凝聚態(tài)性質(zhì)以及孤立分子的各種從頭算和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)參數(shù)化并得到廣泛驗(yàn)證的從頭算力場(chǎng)，使用COMPASS力場(chǎng)可以在很大的溫度、壓力范圍內(nèi)精確地預(yù)測(cè)出孤立體系或凝聚態(tài)體系中各種分

9、子的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、振動(dòng)以及熱物理性質(zhì)。(1) Cerius2 2) 能量計(jì)算工具qC2.Discover - Discover是一套獨(dú)立、完整的分子力學(xué)計(jì)算引擎。它使用多種分子力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法，以可靠的力場(chǎng)為基礎(chǔ)，可準(zhǔn)確地計(jì)算出最低能量構(gòu)型、分子體系的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力學(xué)軌跡等。Discover支持多種模擬方法，如外壓和外電場(chǎng)存在條件下的模擬；周期性邊界條件允許進(jìn)行固態(tài)系統(tǒng)的模擬，如晶體，非晶和溶劑化體系。全面的分析功能可以從模擬的結(jié)果中提取相關(guān)的信息。(1) Cerius2 3) 材料性質(zhì)模擬計(jì)算工具qC2.Blends - 可預(yù)測(cè)液-液、高分子-高分子及高分子-添加劑混合體系的相圖及相互作用參數(shù)，

10、可用于對(duì)影響共混行為及配方的結(jié)構(gòu)因子的研究。qC2.Conformers - 提供分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象搜尋算法及相關(guān)的分析工具?？杀碚鞣肿拥臉?gòu)象和柔性，并幫助研究人員深入了解體系的空間及能量性質(zhì)。 (1) Cerius2 3) 材料性質(zhì)模擬計(jì)算工具qC2.Mechanical Properties - 預(yù)測(cè)材料力學(xué)性質(zhì)的全面的計(jì)算工具。通過(guò)計(jì)算任何類型材料的各種彈性模量，可幫助研究人員設(shè)計(jì)新型的晶態(tài)及非晶態(tài)的聚合物、陶瓷及半導(dǎo)體材料。 qC2.Morphology - 由內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)晶體生長(zhǎng)外形，有助于了解晶體生長(zhǎng)外形與結(jié)構(gòu)間的相關(guān)性及晶體生長(zhǎng)過(guò)程中溶劑和添加劑的影響 (1) Cerius2 3

11、) 材料性質(zhì)模擬計(jì)算工具qC2.Polymer Properties - 分析聚合物結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑、末端距、序參數(shù)、二面角分布、自由體積、密度及Voronoi 體積等性質(zhì)。 qC2.Polymorph - 根據(jù)分子的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)藥物、染料、精細(xì)化學(xué)品等有機(jī)晶體的多晶型結(jié)構(gòu)?？深A(yù)測(cè)化合物的未知晶型，并可結(jié)合Rietveld結(jié)構(gòu)精修方法確定晶體結(jié)構(gòu)。Polymorph使用快速的Monte Carlo模擬方法，在合理的空間群范圍內(nèi)生成分子的可能堆積方式，并最終找到能量最低的晶體構(gòu)型。(1) Cerius2 3) 材料性質(zhì)模擬計(jì)算工具qC2.Sorption - 使用Grand Canonical

12、 Monte Carlo(GCMC)預(yù)測(cè)分子在微孔固體（如分子篩）中的吸附性質(zhì)，可計(jì)算吸附等溫線、結(jié)合位、結(jié)合能、擴(kuò)散途徑及分子選擇性等。 qC2.Cation Locator - Cation Locator使用基于格子的算法確定無(wú)機(jī)物框架結(jié)構(gòu)的勢(shì)能極小值并確定在此極小值下，骨架外陽(yáng)離子所處位置（如確定分子篩骨架結(jié)構(gòu)中Ca離子的位置）。 (1) Cerius2 3) 材料性質(zhì)模擬計(jì)算工具qC2.GULP - GULP是廣泛使用的、以力場(chǎng)為基礎(chǔ)的晶格模擬程序，可優(yōu)化晶體的結(jié)構(gòu)、預(yù)測(cè)離子極化性、進(jìn)行缺陷能量計(jì)算及分子動(dòng)力學(xué)模擬。GULP可模擬下述體系或過(guò)程的性質(zhì)：氧化物；點(diǎn)缺陷、雜質(zhì)和空位；表面

13、；離子遷移；分子篩和其他微孔材料的反應(yīng)性與結(jié)構(gòu)；粘土中的離子；陶瓷；無(wú)序結(jié)構(gòu)等。 qC2.HP Morphology - HP Morphology是用于預(yù)測(cè)鹽類及其溶劑化物的晶體生長(zhǎng)外形的一種最新方法。 (1) Cerius2 3) 材料性質(zhì)模擬計(jì)算工具qC2.RMMC - RMMC使用RIS Metropolis Monte Carlo方法進(jìn)行高分子體系的模擬。通過(guò)對(duì)單鏈或多鏈結(jié)構(gòu)的計(jì)算可預(yù)測(cè)包括末端距、轉(zhuǎn)動(dòng)半徑、相關(guān)長(zhǎng)度、偶極矩、特性粘度及臨界摩爾質(zhì)量等在內(nèi)的各種性質(zhì)。 qC2.Synthia - Synthia用QSPR（定量結(jié)構(gòu)/性質(zhì)關(guān)系）統(tǒng)計(jì)相關(guān)方法快速預(yù)測(cè)高分子的多種性質(zhì)，因此可

14、以對(duì)大量的高分子體系進(jìn)行快速篩選，以期得到具有某種特定性質(zhì)的目標(biāo)體系。Synthia可以預(yù)測(cè)的性質(zhì)包括電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)和輸運(yùn)性質(zhì)，以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）等。(1) Cerius2 3) 材料性質(zhì)模擬計(jì)算工具qC2.Structure Predictor - Structure Predictor 使用兩種不同的模擬退火方法，結(jié)合已知的晶體學(xué)和化學(xué)組成的信息，可以分別對(duì)分子篩和金屬氧化物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 (1) Cerius2 4) 介觀模擬方法qC2.MesoDyn - MesoDyn是預(yù)測(cè)軟凝聚態(tài)材料（如高分子共混物及溶液）介觀結(jié)構(gòu)的一種介觀模擬方法。與傳統(tǒng)上使用平衡態(tài)理論確定軟材

15、料的形態(tài)不同，MesoDyn方法認(rèn)為軟凝聚態(tài)材料的形態(tài)是不規(guī)整的，只能通過(guò)其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)來(lái)表征。 (1) Cerius2 4) 介觀模擬方法qC2.DPD ( Dissipative Particle Dynamics ) - 耗散粒子動(dòng)力學(xué)（DPD）是一種全新的介觀模擬方法，用于研究懸浮液、乳液及高分子熔體等復(fù)雜流體中的流動(dòng)現(xiàn)象。DPD方法預(yù)測(cè)流體的動(dòng)力學(xué)行為，其基本原理是用獨(dú)立且相互作用的粒子模型代表流體中的微滴（droplets）來(lái)實(shí)現(xiàn)牛頓流體力學(xué)的行為，從而在更大的時(shí)間和空間尺度上模擬體系的行為和性質(zhì)。 (1) Cerius2 5) 量子力學(xué)計(jì)算程序qC2.CASTEP - 先進(jìn)的應(yīng)用于

16、材料科學(xué)的量子力學(xué)計(jì)算程序，采用第一原理平面波贗勢(shì)方法，可模擬固體、界面或表面的性質(zhì)，廣泛適用于陶瓷、半導(dǎo)體及金屬等體系，可研究：晶體材料（半導(dǎo)體、陶瓷、金屬、分子篩等）的性質(zhì)、表面和表面重構(gòu)的性質(zhì)、表面化學(xué)、電子結(jié)構(gòu)（能帶和態(tài)密度）、晶體的光學(xué)性質(zhì)、點(diǎn)缺陷性質(zhì)（如空位、間隙或取代摻雜）、擴(kuò)展缺陷（晶粒間界、位錯(cuò)）、體系的三維電荷密度及波函數(shù)等；還可以進(jìn)行第一原理的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。 (1) Cerius2 5) 量子力學(xué)計(jì)算程序qC2.ESOCS - 計(jì)算固體的電子及磁學(xué)性質(zhì)?？捎行У赜?jì)算缺陷的電子結(jié)構(gòu)、材料的吸收和反射光譜以及磁性。ESOCS可廣泛應(yīng)用于金屬、合金及染料工業(yè)，也可用于磁記錄工

17、業(yè)中使用的磁性材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 qC2.Guassian Interface - 量子力學(xué)程序Guassian的圖形用戶界面。利用ab initio、半經(jīng)驗(yàn)及密度泛函方法，可研究分子及過(guò)渡態(tài)的結(jié)構(gòu)、能量及化學(xué)性質(zhì)。 (1) Cerius2 5) 量子力學(xué)計(jì)算程序qC2.Fast Structure - 用于確定晶體、界面、表面及分子的平衡幾何構(gòu)型。采用第一原理密度泛函方法，并結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)、模擬退火及能量?jī)?yōu)化技術(shù)，F(xiàn)ast Structure可快速計(jì)算體系的結(jié)構(gòu)性質(zhì)?？蓱?yīng)用于電子、化工、石化及玻璃等工業(yè)領(lǐng)域。 qC2.MOPAC - 著名的半經(jīng)驗(yàn)量子力學(xué)程序Mopac的圖形用戶界面?？裳芯糠肿?/p>

18、的結(jié)構(gòu)及能量，計(jì)算分子軌道、電荷等性質(zhì)。 (1) Cerius2 5) 量子力學(xué)計(jì)算程序qC2.DMOL3 - DMOL3包括Dmol3-Molecular和Dmol3-Solid State兩種程序，使用密度泛函（DFT）方法，可分別預(yù)測(cè)分子或周期性體系的分子和電子結(jié)構(gòu)，是唯一可以模擬氣相、溶液、表面及固體等過(guò)程及性質(zhì)的商業(yè)化量子力學(xué)程序，應(yīng)用于化學(xué)、材料、化工、固體物理等諸多領(lǐng)域?？捎糜谘芯烤啻呋⒍嘞啻呋?、分子反應(yīng)性、分子結(jié)構(gòu)等，也可預(yù)測(cè)溶解度、蒸氣壓、配分函數(shù)、溶解熱、混合熱等性質(zhì)。 (1) Cerius2 5) 量子力學(xué)計(jì)算程序qC2.ZINDO - ZINDO是一種功能強(qiáng)大的半經(jīng)

19、驗(yàn)量子力學(xué)方法，用于計(jì)算氣態(tài)及溶液中分子的電子和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，尤其適用于對(duì)光譜性質(zhì)的預(yù)測(cè)。使用ZINDO可以研究基態(tài)或激發(fā)態(tài)的性質(zhì)，包括紫外/可見光譜、分子的靜態(tài)幾何構(gòu)型以及化學(xué)反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)等。由于是半經(jīng)驗(yàn)方法，ZINDO計(jì)算所需要的時(shí)間要比第一原理的方法少得多。ZINDO方法適用的分子體系包括有機(jī)、無(wú)機(jī)、高分子以及有機(jī)金屬化合物等。 (1) Cerius2 6) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解析工具qC2.Diffraction-Amorphous - 模擬非晶結(jié)構(gòu)的衍射圖樣，包括小角散射等。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可幫助確定無(wú)定形分子結(jié)構(gòu)、高分子長(zhǎng)鏈、共聚物序列結(jié)構(gòu)及取向等。 qC2.Diffraction-Cryst

20、al - 由晶體結(jié)構(gòu)模型模擬其粉末、纖維或單晶衍射圖樣，輻射源可以是X射線、電子或中子。用戶能在精修結(jié)構(gòu)的同時(shí)模擬其衍射圖，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解析提供了強(qiáng)有力的工具。 (1) Cerius2 6) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解析工具qC2.Diffraction-Faulted - 模擬缺陷或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的粉末衍射圖，可幫助表征分子篩、粘土等物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 qC2.EXAFS - 與著名的英國(guó)Daresbury實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)，通過(guò)將Daresbury實(shí)驗(yàn)室的EXCURVE92分析及修正技術(shù)與Cerius2軟件的模擬工具相結(jié)合，極大地提高了解析EXAFS數(shù)據(jù)的能力。 qC2.HRTEM - 由晶體界面及缺陷的結(jié)構(gòu)，模擬高分辨

21、率透射顯微電鏡圖?？蓭椭脩粼O(shè)置電鏡實(shí)驗(yàn)參數(shù)并解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 (1) Cerius2 6) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解析工具qC2.IR-Raman - 采用二階導(dǎo)數(shù)力場(chǎng)方法（Second derivative forcefield-based approach）計(jì)算IR或Raman光譜的簡(jiǎn)正振動(dòng)方式。并可以吸收或透射光譜的形式輸出。用戶可選用OFF中的標(biāo)準(zhǔn)力場(chǎng)，或用FFE自定義力場(chǎng)參數(shù)。IR/Raman亦適應(yīng)于周期性結(jié)構(gòu)體系。 qC2.LEED/RHEED - 幫助用戶解析表面結(jié)構(gòu)的低能電子衍射（LEED）及反射型高能電子衍射（RHEED）數(shù)據(jù)。 (1) Cerius2 7) 統(tǒng)計(jì)相關(guān)方法qC2.QSAR+

22、 - 提供了大量的回歸和分析技術(shù)，利用現(xiàn)有的性質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)全新候選物的性質(zhì)。這些回歸及分析技術(shù)被綜合在一個(gè)分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)表格中，便于使用。 qC2.MFA - 完成基于場(chǎng)的三維QSAR研究及圖形顯示。研究人員能夠以現(xiàn)有化合物的幾何特征為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)新的化合物的性質(zhì)。 (1) Cerius2 7) 統(tǒng)計(jì)相關(guān)方法qC2.GA - 利用遺傳算法這一突破性的技術(shù)，得到一組預(yù)測(cè)模型。這些模型能夠幫助科研人員根據(jù)受體表面及其它相關(guān)信息，發(fā)展QSAR的新模型，從而加速藥物候選物的篩選。 qC2.Descriptor+ - 為QSAR分析提供大量的性質(zhì)表征方法，從而擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。通過(guò)與QSAR+ 和GA的結(jié)合，

23、可以對(duì)諸如組合化學(xué)分析、配方優(yōu)化以及高分子與共混物的性質(zhì)進(jìn)行研究。 (1) Cerius2 7) 軟件開發(fā)工具qC2.SDK (Software Developers Kit) - Cerius2環(huán)境下的軟件開發(fā)工具。可將用戶自己的應(yīng)用程序或第三方法程序集成到Cerius2的模擬環(huán)境中，用戶可充分利用Accelrys豐富的計(jì)算方法及圖形顯示功能，省卻了用戶自己開發(fā)圖形、窗口及系統(tǒng)管理功能等重復(fù)性勞動(dòng)。(1) Cerius2 應(yīng)用示例 Structure and Texture of Fibrous Crystals Formed by Alzheimers A(1125) Peptide Fr

24、agment Pawel Sikorski, Edward D.T. Atkins,and Louise C. Serpell Physics Department, University of BristolFigure . View of the Proposed Structure for A(1125) Crystals,Figure 9. Comparison of the Wide-Angle ExperimentalX-Ray Diffraction Pattern (Figure2C) from A(1125) and the Calculated X-RayDiffracti

25、on PatternExperimental (A) and calculated (B) from theproposed model (Figures 7C and 8).(2) Materials Studio 簡(jiǎn)介q是Accelrys專為材料科學(xué)領(lǐng)域開發(fā)的可運(yùn)行于PC機(jī)上的新一代材料計(jì)算軟件，可幫助研究人員解決當(dāng)今化學(xué)及材料工業(yè)中的許多重要問(wèn)題。Materials Studio軟件采用Client/Server結(jié)構(gòu)，客戶端可以是Windows 98、2000或NT系統(tǒng)，計(jì)算服務(wù)器可以是本機(jī)的Windows 2000或NT，也可以是網(wǎng)絡(luò)上的Windows 2000、Windows NT、

26、Linux或UNIX系統(tǒng)。使得任何的材料研究人員可以輕易獲得與世界一流研究機(jī)構(gòu)相一致的材料模擬能力。(2) Materials Studio 1) 基本環(huán)境qMS.Visualizer - 提供了搭建分子、晶體及高分子材料結(jié)構(gòu)模型所需要的所有工具，可以操作、觀察及分析結(jié)構(gòu)模型，處理圖表、表格或文本等形式的數(shù)據(jù)，并提供軟件的基本環(huán)境和分析工具以支持Materials Studio的其他產(chǎn)品。是Materials Studio 產(chǎn)品系列的核心模塊。(2) Materials Studio 2) 分子力學(xué)與分子動(dòng)力學(xué)qMS.DISCOVER - Material Studio的計(jì)算引擎。使用多種分子

27、力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法，以仔細(xì)推導(dǎo)的力場(chǎng)作為基礎(chǔ)，可準(zhǔn)確地計(jì)算出最低能量構(gòu)型、分子體系的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)軌跡等。qMS.COMPASS - 支持對(duì)凝聚態(tài)材料進(jìn)行原子水平模擬的功能強(qiáng)大的力場(chǎng)。是第一個(gè)由凝聚態(tài)性質(zhì)以及孤立分子的各種從頭算和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等參數(shù)化并驗(yàn)證的從頭算力場(chǎng)?？梢栽诤艽蟮臏囟?、壓力范圍內(nèi)精確地預(yù)測(cè)孤立體系或凝聚態(tài)體系中各種分子的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、震動(dòng)以及熱物理性質(zhì)。(2) Materials Studio 2) 分子力學(xué)與分子動(dòng)力學(xué)qMS.Amorphous Cell - 允許對(duì)復(fù)雜的無(wú)定型系統(tǒng)建立有代表性的模型，并對(duì)主要性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)觀察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系，可以對(duì)分子的一些重要性質(zhì)有更

28、深入的了解，從而設(shè)計(jì)出更好的新化合物和新配方?？梢匝芯康男再|(zhì)有:內(nèi)聚能密度(CED)、狀態(tài)方程行為、鏈堆砌以及局部鏈運(yùn)動(dòng)等。(2) Materials Studio 2) 分子力學(xué)與分子動(dòng)力學(xué)qMS.Forcite - 先進(jìn)的經(jīng)典分子力學(xué)工具，可以對(duì)分子或周期性體系進(jìn)行快速的能量計(jì)算及可靠的幾何優(yōu)化。包含Universal、Dreiding 等被廣泛使用的力場(chǎng)及多種電荷分配算法。qMS.Forcite Plus - 先進(jìn)的經(jīng)典力學(xué)模擬工具，能夠進(jìn)行能量計(jì)算、幾何優(yōu)化、動(dòng)力學(xué)模擬?？蓪?duì)從簡(jiǎn)單分子到二維表面到三維周期等范圍很廣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行上述操作。一整套的分析工具可用來(lái)對(duì)諸如偶極相關(guān)等復(fù)雜性質(zhì)進(jìn)行分

29、析。 (2) Materials Studio 3) 晶體、結(jié)晶與X-射線衍射qMS.Polymorph Predictor - 使用快速的Monte Carlo模擬方法，根據(jù)化合物的分子結(jié)構(gòu)直接預(yù)測(cè)其可能的多晶型結(jié)構(gòu)。qMS.Morphology - 從晶體的原子結(jié)構(gòu)來(lái)模擬晶體形貌?？梢灶A(yù)測(cè)晶體外形，研發(fā)特殊效果的摻雜成分，控制溶劑和雜質(zhì)的效應(yīng)。(2) Materials Studio 3) 晶體、結(jié)晶與X-射線衍射qMS.Reflex - 模擬晶體材料的X光、中子以及電子等多種粉末衍射圖譜?？梢詭椭_定晶體的結(jié)構(gòu)，解析衍射數(shù)據(jù)并用于驗(yàn)證計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。模擬的譜圖可以直接與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，并能

30、根據(jù)結(jié)構(gòu)的改變進(jìn)行即時(shí)的更新，還能對(duì)模擬結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的比較。包括粉末衍射指標(biāo)化及結(jié)構(gòu)精修等工具。(2) Materials Studio 3) 晶體、結(jié)晶與X-射線衍射qMS.Reflex Plus - 是對(duì)Reflex的完善和補(bǔ)充，在Reflex 標(biāo)準(zhǔn)功能基礎(chǔ)上加入了已被廣泛驗(yàn)證的Powder Solve技術(shù)。Reflex Plus提供了一套可以從高質(zhì)量的粉末衍射數(shù)據(jù)確定晶體結(jié)構(gòu)的完整工具。qMS.X-Cell - 已申請(qǐng)專利的X-Cell是一種全新、高效、綜合、易用的指標(biāo)化算法，它使用消亡決定（extinction-specific）的二分法方法對(duì)參數(shù)空間進(jìn)行詳盡無(wú)遺的搜索，最終

31、給出可能的晶胞參數(shù)的完整清單。(2) Materials Studio 4) 量子力學(xué)qMS.DMol3 - 獨(dú)特的密度泛函（DFT）量子力學(xué)程序，是唯一的可以模擬氣相、溶液、表面及固體等過(guò)程及性質(zhì)的商業(yè)化量子力學(xué)程序，應(yīng)用于化學(xué)、材料、化工、固體物理等許多領(lǐng)域?？捎糜谘芯烤啻呋?、多相催化、分子反應(yīng)性、分子結(jié)構(gòu)等，也可預(yù)測(cè)溶解度、蒸氣壓、配分函數(shù)、溶解熱、混合熱等性質(zhì)。(2) Materials Studio 4) 量子力學(xué)qMS.CASTEP - 先進(jìn)的量子力學(xué)程序，廣泛應(yīng)用于陶瓷、半導(dǎo)體、金屬等多種材料，可研究：晶體材料的性質(zhì)（半導(dǎo)體、陶瓷、金屬、分子篩等）、表面和表面重構(gòu)的性質(zhì)、表面化

32、學(xué)、電子結(jié)構(gòu)（能帶及態(tài)密度）、晶體的光學(xué)性質(zhì)、點(diǎn)缺陷性質(zhì)（如空位、間隙或取代摻雜）、擴(kuò)展缺陷（晶粒間界、位錯(cuò)）、體系的三維電荷密度及波函數(shù)等。(2) Materials Studio 4) 量子力學(xué)qMS.NMR CASTEP - 通過(guò)第一原理DFT理論預(yù)測(cè)NMR化學(xué)位移和電場(chǎng)梯度張量。方法適于計(jì)算包括有機(jī)分子、陶瓷和半導(dǎo)體在內(nèi)的眾多類型材料的分子、固體、表面的NMR位移。 qMS.VAMP - 半經(jīng)驗(yàn)的分子軌道程序，適用于有機(jī)和無(wú)機(jī)的分子體系。VAMP可快速計(jì)算分子的多種物理和化學(xué)性質(zhì)，其計(jì)算的速度和精度介于基于力場(chǎng)的分子力學(xué)方法和量子力的第一原理方法。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的VAMP程序可以在PC機(jī)上穩(wěn)

33、定、快速、交互地進(jìn)行計(jì)算。(2) Materials Studio 5) 介觀模塊qMS.DPD - DPD (Dissipative Particle Dynamics)是先進(jìn)的介觀模擬方法，用于研究復(fù)雜的流體現(xiàn)象，包括顏料、藥物、化妝品以及藥物控釋等。DPD可以提供流體在平衡態(tài)、剪切受力以及受限在狹窄空腔等條件下的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，而且研究的時(shí)間和空間尺度超越了傳統(tǒng)的基于原子水平的分子動(dòng)力學(xué)方法。qMS.MesoDyn - 相對(duì)于分子水平的模擬，MesoDyn是一種可以在更大的時(shí)間和空間尺度上研究復(fù)雜流體體系的動(dòng)力學(xué)模擬方法，可以研究的體系包括高分子熔體及高分子共混體系。(2) Mater

34、ials Studio 6) 定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系qMS.Synthia - 可快速預(yù)測(cè)高分子諸多性質(zhì)的定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系軟件包。對(duì)均聚物和無(wú)規(guī)共聚物可預(yù)測(cè)從遷移性質(zhì)到力學(xué)性能的一系列性質(zhì)。 qMS.QSAR - QSAR(定量構(gòu)效關(guān)系)包括了一組用于化學(xué)和材料研究的統(tǒng)計(jì)學(xué)工具，可以幫助研究人員快速找到具有最佳理化性質(zhì)的物質(zhì)和材料。(2) Materials Studio 7) 相平衡qMS.Equilibria - 可計(jì)算烴類化合物單組分體系或多組分混合物的相圖，溶解度作為溫度、壓力和濃度的函數(shù)也可同時(shí)得到，還可計(jì)算單元組分體系的virial系數(shù)。適用領(lǐng)域包括石油及天然氣加工過(guò)程（如凝析氣在高

35、壓下的性質(zhì)）、石油煉制（重?zé)N相在高壓下的性質(zhì)）、氣體處理、聚烯烴反應(yīng)器（產(chǎn)物控制）、橡膠（作為溫度和濃度的函數(shù)的不同溶劑的溶解度(2) Materials Studio 8) 材料信息學(xué)qMS.Fast FDS - Accelrys最新發(fā)展的基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的配方設(shè)計(jì)軟件，可以幫助研究人員對(duì)配方設(shè)計(jì)所需的信息和知識(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)、整理及分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)最優(yōu)配方。其應(yīng)用涵蓋了配方設(shè)計(jì)的全過(guò)程，包括初始概念形成、試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及配方優(yōu)化等(2) Materials Studio 8) 材料信息學(xué)qMS.CombiMat - 應(yīng)用于材料科學(xué)高通量實(shí)驗(yàn)（high-throughput experim

36、entation）的先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。無(wú)論是小規(guī)模的研究組，或是跨國(guó)公司在各地的研究機(jī)構(gòu)，都可以使用CombiMat來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。CombiMat包括Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)的應(yīng)用模塊。 (2) Materials Studio 應(yīng)用實(shí)例Crystal structure determination from conventional X-ray powder diffraction data of polycrystalline materialsKeywordsKeywords:X-Cell,Reflex Plus, CASTEPhttp:/ (Sim)Observed Reflect

37、ions-20-10010203040506070809010001020304050Intensity2-thetaterylene (Sim)Observed Reflections(3) Insight II 簡(jiǎn)介qInsightII 軟件能夠運(yùn)行在SGI IRIX、Red Hat Linux和IBM AIX系統(tǒng)上，是Accelrys生命科學(xué)產(chǎn)品線中的主要平臺(tái)之一。InsightII有十多年的開發(fā)歷史，圖形界面友好、便于使用，集成了從生物分子結(jié)構(gòu)功能研究到基于靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)的全套工具。(3) Insight II 主要功能模塊1） 核心模塊及圖形界面2） 結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建工具3） 能量計(jì)算工

38、具4） 生物大分子結(jié)構(gòu)模建與性質(zhì)分析5） 基于靶標(biāo)結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)6） 核磁共振結(jié)構(gòu)測(cè)定(4) Discovery Studio ModelingqDiscovery Studio Modeling（簡(jiǎn)稱DS Modeling），第一個(gè)可以通過(guò)基于Windows系統(tǒng)的個(gè)人電腦訪問(wèn)到的、面向生命科學(xué)領(lǐng)域的完整的分子建模和模擬環(huán)境。它服務(wù)于結(jié)構(gòu)生物學(xué)家、計(jì)算生物學(xué)家、結(jié)構(gòu)化學(xué)家、藥物化學(xué)家和計(jì)算化學(xué)家，滿足他們希望建模和模擬軟件具有專家水平、易于學(xué)習(xí)且功能強(qiáng)大的諸多要求。通過(guò)高質(zhì)量的圖形、經(jīng)過(guò)多年驗(yàn)證的技術(shù)以及集成的環(huán)境，通過(guò)DS ProjectKM這個(gè)產(chǎn)品，DS Modeling將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存、

39、管理與專業(yè)水準(zhǔn)的建模、模擬工具集成在一起。無(wú)論是計(jì)算方面的專業(yè)人員，還是這個(gè)領(lǐng)域的新手，都能夠方便地利用這個(gè)環(huán)境。(4) Discovery Studio ModelingqDS Modeling目前有兩個(gè)版本：- DS Modeling 1.1 - 將功能集中于蛋白質(zhì)的表征、X-ray分析、蛋白質(zhì)組功能注釋，以及同源建模。- DS Modeling 1.2 - Structure-Based Design (SBD) 提供基于結(jié)構(gòu)藥物設(shè)計(jì)工具，包括配體-蛋白質(zhì)相互作用、全新藥物設(shè)計(jì)和分子對(duì)接。(6) CatalystqCatalyst 是Accelrys公司開發(fā)的面向藥物研究領(lǐng)域的綜合性藥物

40、開發(fā)軟件。Catalyst通過(guò)確立正確的藥效團(tuán)模型，并利用這一藥效團(tuán)模型及來(lái)自受體的信息形成約束條件，對(duì)Catalyst所管理的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索。藥效團(tuán)模型可對(duì)檢索得到的化合物的活性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，最后幫助研究人員找到合乎要求的先導(dǎo)化合物。(7) Accelrys的其它軟件qFelix：進(jìn)行核磁共振譜學(xué)研究的工具qQUANTA：應(yīng)用于生物大分子晶體學(xué)研究的工具qTsar：運(yùn)行在個(gè)人電腦上的全套QSAR工具qTopkat：運(yùn)行在個(gè)人電腦上的化合物毒性預(yù)測(cè)工具qGCG：全面的生物信息學(xué)工具qDiscovery Studio ViewerPro：微機(jī)上出色的分子圖形顯示工具，可以與微機(jī)上的許多通

41、用程序方便地集成在一起q Discovery Studio MedChem Explorer：在藥物發(fā)現(xiàn)研究中應(yīng)用的軟件產(chǎn)品，具有客戶機(jī)/服務(wù)器的運(yùn)行結(jié)構(gòu)qAccord：功能完備的化學(xué)信息管理系統(tǒng)(8) Crystal Studio (CrystalSoft Corp.)(1997 - )qCrystal Studio is a Windows 9x/NT/2000/ME/XP software package for crystallography. It is a comprehensive tool for user-friendly creation, 3D graphical des

42、ign, display and manipulation of crystal structures, surface or interfaces and defects and for the simulation of X-Ray and electron diffraction patterns. Empowered with a crystallographic database, Crystal Studio lets you create stunning photo-realistic 3D graphics and diffraction patterns with just

43、 a few mouse clicks.(8) Crystal Studio (CrystalSoft Corp.)Crystal Studio Version 7.0 Price List License Type Price (US$) Academic Price*Crystal Studio Lite 598 448 Crystal Studio Standard 998 848 Crystal Studio Pro 1198 998 Crystal Studio Enterprise 1398 1198(9) ChemOfficeq CambridgeSoft Corporation

44、 (Windows System)q ChemOffice Ultra 2004包含了：ChemDraw Ultra 8.0：化學(xué)結(jié)構(gòu)繪圖Chem3D Ultra 8.0：分子模型及仿真ChemFinder Pro 8.0：化學(xué)信息搜尋整合系統(tǒng) 此外還加入了E-Notebook Ultra 8.0，BioAssay Pro 8.0，量化軟件MOPAC、Gaussian和GAMESS的界面，ChemSAR Server Excel, CLogP, CombiChem/Excel等等，ChemOffice Pro還包含了全套ChemInfo數(shù)據(jù)庫(kù)，有ChemACX和ChemACX-SC，Merck

45、索引和ChemMSDX。(9) ChemOffice ChemDrawqAutoNom：是Beilsteiny最強(qiáng)的軟件，現(xiàn)已內(nèi)含在ChemDraw Ultra內(nèi)，它可自動(dòng)依照IUPAC的標(biāo)準(zhǔn)命名化學(xué)結(jié)構(gòu)。qChemNMR：在ChemDraw 內(nèi)預(yù)測(cè)13C和1H的NMR光譜，節(jié)省實(shí)驗(yàn)的花費(fèi)。qChemProp：預(yù)測(cè)BP、MP、臨界溫度、臨界氣壓、吉布斯自由能、logP、折射率、熱結(jié)構(gòu)等性質(zhì)。(9) ChemOffice ChemDrawqChemSpec：可讓輸入JCAMP及SPC頻譜資料，用以比較ChemNMR預(yù)測(cè)的結(jié)果。qClipArt：高品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室玻璃儀器圖庫(kù)，可搭配ChemDraw使

46、用。qName=Struct：輸入IUPAC化學(xué)名稱后就可自動(dòng)產(chǎn)生ChemDraw結(jié)構(gòu)。(9) ChemOffice Chem3DqChemProp：預(yù)測(cè)BP、MP、臨界溫度、臨界氣壓、吉布斯自由能、logP、折射率、熱結(jié)構(gòu)等性質(zhì)。qExcel Add-on：與微軟的Excel完全整合，并可連結(jié)ChemFinder。 提供工作站級(jí)的3D分子輪廓圖及分子軌道特性分析，并和數(shù)種量子化學(xué)軟件結(jié)合在一起。由于Chem3D提供完整的界面及功能，已成為分子仿真分析最佳的前端開發(fā)環(huán)境(9) ChemOffice Chem3DqGaussian Client：量子化學(xué)計(jì)算軟件Gaussian 98W的客戶端界

47、面，直接在Chem3D運(yùn)行Gaussian，并提供數(shù)種坐標(biāo)格式。（需要安裝Gaussian 98W）qCS GAMESS：量子化學(xué)計(jì)算軟件GAMESS的客戶端界面，直接在Chem3D運(yùn)行GAMESS的計(jì)算。（需要另外獲得GAMESS）qMOPAC Pro：Fujitsu的量子化學(xué)計(jì)算軟件MOPAC已內(nèi)含在Chem3D Ultra內(nèi)，搭配Chem3D的圖形界面。 分子計(jì)算的方法有AM1、PM3、MNDO、MINDO/3和新的MINDO/d。 可以計(jì)算瞬時(shí)的幾何形狀及物理特性等。(9) ChemOffice ChemOffice WebServer化學(xué)網(wǎng)站服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)您可將您的ChemDr

48、aw、Chem3D發(fā)表在網(wǎng)站上，使用者就可用ChemDraw Pro Plugin網(wǎng)頁(yè)瀏覽工具，用www方式觀看ChemDraw的圖形，或用Chem3D Std插件中的網(wǎng)頁(yè)瀏覽工具觀看Chem3D的圖形。WebServer還提供250,000種的化學(xué)品數(shù)據(jù)庫(kù)，包含Sigma、Aldrich、Fisher Acros等國(guó)外大公司。 2. 通用軟件(1) Matlab 科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言MATLAB 產(chǎn)品家族是美國(guó) MathWorks公司開發(fā)的用于概念設(shè)計(jì),算法開發(fā),建模仿真,實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。由于其完整的專業(yè)體系和先進(jìn)的設(shè)計(jì)開發(fā)思路，使得 MATLAB 在多種領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用空間，特別是在

49、MATLAB 的主要應(yīng)用方向 科學(xué)計(jì)算、建模仿真以及信息工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)上已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的首選設(shè)計(jì)工具，全球現(xiàn)有超過(guò)五十萬(wàn)的企業(yè)用戶和上千萬(wàn)的個(gè)人用戶，廣泛的分布在航空航天，金融財(cái)務(wù)，機(jī)械化工，電信，教育等各個(gè)行業(yè)。 Fig. 4 The plot of ln-ln(1-a) versus lnt for simulation experiment at a thickness of 50 mm (Chinese J Polym Sci 2005)(2) Origin 科學(xué)計(jì)算與繪圖的工具Origin 是美國(guó)OriginLab公司推出的數(shù)據(jù)分析和制圖軟件，是公認(rèn)的簡(jiǎn)單易學(xué)、操作靈活、功能強(qiáng)大

50、的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要，也可以滿足高級(jí)用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。 kiii indididiiiiERTRTEERTnK21expexp1203403603804004200.00.81.0Isotropic PETOriented PETT(K)Fig. 2 The temperature dependence of relative degree of crystallinity; dots were the experimental data for oriented PET; squares were the experimental data fo

51、r isotropic PET; solid lines were the predicted curves in terms of Eqs.(9) and (10) for oriented PET and Eq. (8) for isotropic PET.(3) MathCAD 強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件包MathCAD是由MathSoft公司推出的一種交互式數(shù)值系統(tǒng)。在輸入一個(gè)數(shù)學(xué)公式、方程組、矩陣之后，計(jì)算機(jī)能直接給出結(jié)果，而無(wú)須去考慮中間計(jì)算過(guò)程。最令人激動(dòng)的是在加入軟件包自帶的Maple插件后能直接支持符號(hào)運(yùn)算。你可以在計(jì)算機(jī)上輸入數(shù)學(xué)公式、符號(hào)和等式等，很容易地算出代數(shù)、積分、三角以及很多

52、科技領(lǐng)域中的復(fù)雜表達(dá)式的值，并可顯示數(shù)學(xué)表格和圖形 ,通過(guò)對(duì)圖形結(jié)果的分析，使我們對(duì)問(wèn)題的理解更加形象。 MathCAD是工程計(jì)算的有力工具。(4) Nestch Peak Separation 峰分離軟件 德國(guó)NETZSCH - 峰分離軟件可以用于對(duì)多種類型的測(cè)量曲線中的重疊峰進(jìn)行分析。軟件通過(guò)不同的數(shù)學(xué)模型，將實(shí)測(cè)的原始數(shù)據(jù)（復(fù)合峰）擬合為多個(gè)單峰的疊加，其中每個(gè)單峰可使用下述各類數(shù)學(xué)分布模型進(jìn)行擬合：Gaussian 分布 Cauchy 分布 Pseudo-Viogt 分布（Gaussian 與 Cauchy 的混合型） aser-Suzuki 分布（非對(duì)稱 Gaussian 分布） Pearson-7 分布（從 Gaussian 到 Cauchy 的過(guò)渡）(4) Nestch Peak Separation 峰分離軟件軟件應(yīng)用領(lǐng)域：軟件應(yīng)用領(lǐng)域： 熱分析（差示掃描量熱分析與與熱重分析） 紫外/可見光譜法 近紅外與紅外光譜法 核磁共振波譜法 X 射線衍射