[发明专利]一种耗散粒子动力学力场及具拓扑结构粗粒化模型的构建方法与应用

权利要求书

1.一种耗散粒子动力学力场拟合及具有高分子拓扑结构粗粒化模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)粗粒化片段的划分和性质辨别：先利用Materials Studio软件的Sketch工具构建出相应高分子结构单元的全原子结构；再将高分子结构单元划分片段，映射得到不同粗粒化珠子，并根据划分片段的亲疏水性和官能团特性确定为亲水片段、疏水片段或势能片段；

(2)DPD力场参数的自动化拟合：将步骤(1)所得划分片段利用Perl脚本自动执行以下步骤：

i)模型盒子构建；

ii)几何优化；

iii)退火；

iv)短时间弛豫；

v)长时间弛豫；

vi)长时间产出；

vii)划分片段间相互作用性质：亲水片段和亲水片段间的相互作用力以亲水作用主导，疏水片段和亲水片段或势能片段间的相互作用力以结合能作用主导，势能片段和亲水片段或势能片段间的相互作用力以亲和能作用主导，疏水片段和疏水片段间的相互作用力以亲和能作用主导；

viii)自动计算相应力场参数；

其中，在DPD力场参数自动拟合过程中，各粗粒化珠子间相互作用力参数根据步骤(1)中划分片段性质而选用特定的排斥力计算公式获得，粗粒化珠子间的相互作用力参数与划分片段间的排斥力参数关系如下：

a_ij＝a_ii+3.27*χ_ij

式中，a_ii为同种粗粒化珠子之间相的互作用力参数，a_ij为不同种粗粒化珠子间的相互作用力参数，χ_ij为不同划分片段间的排斥力作用参数(Flory-Huggins参数)；不同划分片段间的排斥力作用参数根据划分片段间相互作用的性质主导，使用相应的排斥力作用参数计算公式算得，以亲和能作用、结合能作用、亲水作用主导的排斥力作用参数计算公式依次为：

式中，为划分片段分子间的亲和能密度，V_r为粗粒化珠子的体积，为划分片段分子相互作用时体积占比，χ_i、v_j则为划分片段分子的水溶解度参数；

(3)构建具有高分子拓扑结构的粗粒化模型：先将步骤(1)所得不同粗粒化珠子使用Build模块中的Repeat Unit构建相应的聚合手性和聚合位点后，使用Build Polymers工具构建具有拓扑结构的全原子模型；再使用Coarse Grain工具得到相应具有拓扑结构的聚合物粗粒化模型；

步骤(2)与步骤(3)之间不存在先后顺序。

2.根据权利要求1所述一种耗散粒子动力学力场拟合及具有高分子拓扑结构粗粒化模型构建方法，其特征在于，步骤(1)所述高分子结构单元划分片段方法为：在保证官能团完整性的条件下，将高分子结构单元按照3个重原子直链、4个重原子支链、4个重原子直链或2个重原子数刚性结构进行划分片段；其中3个重原子直链、4个重原子支链或4个重原子直链片段映射所得粗粒化珠子的半径2个重原子数刚性结构片段映射所得粗粒化珠子的半径刚性结构包括高分子端基片段或重映射成多个分子片段组成的环结构。

3.根据权利要求1所述一种耗散粒子动力学力场拟合及具有高分子拓扑结构粗粒化模型构建方法，其特征在于，步骤(1)所述划分片段的分子结构性质辨别方法为：首先判断该分子结构中是否含有特殊官能团，根据这些官能团确定其亲疏水性质；对于没有特殊官能团的划分片段，根据中国科学院上海有机化学研究所提供的开源在线计算软件XLOGP3计算其LogP参数以确定亲疏水性质，若不存在强亲水/疏水作用，则统一归类为势能性质类。

4.根据权利要求1所述一种耗散粒子动力学力场拟合及具有高分子拓扑结构粗粒化模型构建方法，其特征在于，在步骤(2)DPD力场参数自动拟合过程中，将环结构作为整体计算。