【双清论坛】国内计算化学方法与软件开发(Ⅲ)

本文是国内计算方法与软件开发系列推文的第三部分：药物与材料等相关应用软件。

1. 药物设计与分子对接软件 ● 北京大学来鲁华等开发了基于靶点三维结构的药物设计软件LigBuilder，可以实现基于片段生长和连接的配体分子设计，以及已知分子的优化，并可进行分子的可合成性分析及类药性分析。其中包含了来鲁华、裴剑锋、苑亚夏等开发的对生物分子表面可能的结合位点进行预测和可药性分析的独立程序Cavity。 ● 来鲁华等还开发了进行蛋白质-配体以及蛋白-蛋白分子对接的程序PSI-DOCK和SDOCK。 ● 北京工业大学龚新奇、王存新等开发了预测蛋白-蛋白结合位点的新方法，并在此基础上发展了蛋白-蛋白对接的HoDock程序。 ● 上海药物所郑明月、蒋华良等利用对打分函数的“知识基础”进行扩充，发展了新的蛋白-配体亲和力打分函数IPMF，与常见的分子对接打分函数相比，在亲和力预测方面有较明显改进。他们还发展了一种新型的二维氢键统计势，能显著提高蛋白-配体结合构象的识别能力。 ● 上海药物所熊兵等针对水的重要作用，发展了可以对蛋白质结合水分子的亲和力进行预测的统计势方法wPMF。 ● 上海药物所朱维良等针对卤键在药物设计研究中的重要性，发展了卤键打分函数XBPMF。
2. 材料性质计算软件 ● 帅志刚(现清华大学)早期在比利时工作时利用密度矩阵重正化群(DMRG)方法来对共轭聚合物进行激发态电子结构计算，来得到线性和非线性光学(如双光子吸收)响应性质。回国后，帅志刚与彭谦、邵久书等在谐振子模型下发展了一套考虑Duschinsky转动效应的定量预测分子荧光量子效率的方法，能计算较大的分子。 ● 帅志刚、易院平等发展了Correction Vector方法，与MRDCI(多参考组态相互作用)或EOM-CCSD等方法结合，计算较大分子的多光子吸收特性。基于他们发展的一系列方法，帅志刚与中科院化学所彭谦、耿华等开发了一套计算分子材料性质的软件包MOMAP。它包含光物理模块和电子输运模块，可以定量预测发光效率和发光光谱、以及载流子迁移率等。MOMAP软件支持并行计算、效率高，计算所需的分子基态、激发态信息可利用GAUSSIAN、TURBOMOLE等成熟的量化软件得到。此软件已被成功地商业化，推出了友好的操作界面Device Studio，但同时也提供免费试用。 ● 北京大学的蒋鸿与德国Fritz-Haber研究所合作，开发了基于全势-缀加平面波基组的GW 程序GAP(GW with Augmented Planewaves)，使用LDA/GGA＋U 方法，可以对含d/f电子体系(如含过渡金属和镧系锕系元素的无机和金属有机材料)进行第一性原理计算。此程序可以作为WIEN2K的插件使用。
3. 材料晶体结构预测软件 ● 吉林大学马琰铭等将全局最优化的粒子群算法应用到晶体结构预测领域，发展了拥有自主知识产权的晶体结构预测程序CALYPSO，为40国家近1000研究者使用。此软件当前与VASP、CASTEP、Quantum Espresso、GULP、SIESTA、CP2K程序都有接口。

小结

本系列的三篇推文已经推送完成，小编其实只是担任了一个搬运工。通过这三篇文章，我们能够对国内的理论化学方法的研究有个大概的了解。国内很多课题组的方法和软件在自己的领域常常可以处在世界领先地位，但是大部分软件都需要借助国外的软件平台来实现。原文作者也建议，我们应该开发一个具有自主知识产权的计算化学软件平台，整合国内外的各种先进计算方法，并且要方便大家在此基础上开发新的计算方法。