分子模擬[自然學科]

分子模擬（Molecular Simulation） 利用計算機以原子水平的分子模型來模擬分子結構與行為，進而模擬分子體系的各種物理、化學性質的方法。它是在實驗基礎上，通過基本原理，構築起一套模型和算法，從而計算出合理的分子結構與分子行為。分子模擬不僅可以模擬分子的靜態結構，也可以模擬分子體系的動態行為。 分子模擬的主要方法有兩種：分子蒙特卡洛法和分子動力學法。

基本信息

• 英文名：分子模擬
• 其他外文名：Molecular Simulation

• 方法：分子蒙特卡洛法和分子動力學法
• 計算機：以原子水平來模擬分子結構與行為

分子模擬是指利用理論方法與計算技術，模擬或仿真分子運動的微觀行為，廣泛的套用於計算化學，計算生物學，材料科學領域，小至單個化學分子，大至複雜生物體系或材料體系都可以是它用來研究的對象。

原理優勢

利用適當的簡化條件，將原子間的作用等效為質點系的運動，從而避免了求解繁瑣的量子力學方程。原子的運動遵從牛頓第二定律，質點系整體遵從哈密頓原理。與之對應，完全從量子力學出發進行的原子計算稱為”第一性原理(ab into)計算“。第一性原理計算雖然精度高，但是計算複雜，難以實現大規模的模擬。而分子模擬則在保證精度的同時，大大擴展了原子的計算機模擬的使用範圍。第一性原理計算通常不過幾十、幾百個原子，而分子模擬甚至可以實現百萬甚至千萬個原子的運算。

分類

分子模擬的工作可分為兩類：預測型和解釋型。

預測型工作是對材料進行性能預測、對過程進行最佳化篩選，進而為實驗提供可行性方案設計。

解釋型工作即通過模擬解釋現象、建立理論、探討機理，從而為實驗奠定理論基礎。

模擬技術

這是隨著計算機在科研中的套用而發展起來的一門新的科學，是計算機科學與基礎科學相結合的產物。在藥物研究方面通過分析和計算一系列活性藥物分子的三維構象並將其疊合，可以了解某一類藥物分子所應具有的藥物構象，這一信息給予新藥研究很大幫助，藥效構象的計算為今後的藥效基團方法以及資料庫虛擬篩選的方法打下了基礎。

套用

近年來分子模擬技術發展迅速並在多個學科領域得到了廣泛的套用。在藥物設計領域，可用於研究病毒、藥物的作用機理等；在生物科學領域，可用於表征蛋白質的多級結構與性質；在材料學領域，可用於研究結構與力學性能、材料的最佳化設計等；在化學領域，可用於研究表面催化及機理等；在石油化工領域，可用於分子篩催化劑結構表征、合成設計、吸附擴散，可構建和表征高分子鏈以及晶態或非晶態本體聚合物的結構，預測包括共混行為、機械性質、擴散、內聚與潤濕以及表面粘接等在內的重要性質。