Implicit and Explicit Solvent Models for the Solubility of 1,4-Diethynylbenzene and Terephthalonitrile in Ionic Liquids
本研究利用密度泛函理论结合显式与隐式溶剂模型，比较两种官能团不同的有机分子在[C2C1Im][MeSO4]中的非共价相互作用及溶剂化能，以揭示其溶解机制。
2023-11-03 physics.chem-ph
Anisotropic electrostatic screening of charged colloids in nematic solvents
各向异性带电胶体的物理行为由其材料介电各向异性决定，影响胶体自组装，生物功能甚至失衡行为。然而，人们对各向异性静电屏蔽知之甚少，而静电屏蔽是这种软材料或生物材料中所有静电有效相互作用的基础。在这项工作中，我们证明了各向异性的静电屏蔽带电胶体粒子在电解质中。我们表明，材料的各向异性行为显着不同的粒子各向异性：静电势和对相互作用衰减与各向异性德拜屏蔽长度，对比各向同性电解质的恒定屏蔽长度。在一个实验模型系统中，电荷的饺子形近球形胶体粒子在介质中被用来探索各向异性屏蔽的影响，展示竞争的各向异性弹性和静电有效对相互作用的胶体表面电荷可调从中性到高，产生粒子分离的亚稳态。总的来说，我们的工作有助于理解各向异性介质中的静电屏蔽。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Theory of Frequency Fluctuation of Intramolecular Vibration in Solution Phase: Application to C--N Stretching Mode of Organic Compounds
本文提出一种基于参考相互作用位点模型自洽场的方法，用于计算溶液中分子内振动频率涨落，并应用于腈类化合物C--N伸缩振动，成功复现实验数据，揭示静电场涨落的方向性与非均匀性对频率涨落的关键作用。
2024-12-17 physics.chem-ph
ConSolv: Solvent-Conditional Machine Learning Implicit Solvent Potential
Department of Engineering Physics and Computation, TUM School of Engineering and Design, Technical University of Munich（工程物理与计算系，TUM工程与设计学院，慕尼黑技术大学）；Atomistic Modeling Center (AMC), Munich Data Science Institute (MDSI), Technical University of Munich（原子建模中心（AMC），慕尼黑数据科学研究所（MDSI），慕尼黑技术大学）
提出ConSolv，一种基于注意力机制的溶剂条件隐式溶剂机器学习势，通过结合实验溶剂化自由能和从头算数据，在66种常见有机溶剂中实现可迁移性，优于经典显式溶剂和部分隐式溶剂方法。
2026-09-28 cs.LG physics.chem-ph
Study of Interfacial Tension between an Organic Solvent and Aqueous Electrolyte Solutions Using Electrostatic Dissipative Particle Dynamics Simulations
采用静电耗散粒子动力学（DPD）模拟方法研究了有机溶剂与电解质水溶液界面性质的改变。本文考虑了Flory-Huggins \c{hi}参数与电解质浓度和种类的关系，利用活度系数计算了电解质组分的DPD排斥参数aij的参数化。进而，使用实验数据获得电解质的活度系数作为其浓度的函数，以估计\c{hi}参数，然后估计aij系数。我们通过研究正十二烷和水的混合物中的界面张力来验证这种参数化，改变不同无机盐（NaCl，KBr，Na 2SO 4和UO 2Cl 2）的浓度。还分析了正十二烷/水混合物中HCl的情况，并给出了结果。我们的模拟再现的实验数据与以前的工作很好的协议，表明使用的活动系数，以获得的排斥DPD参数aij作为浓度的函数是一个很好的替代这些类型的系统。
2012-11-28 cond-mat.soft physics.chem-ph
A Nonlinear Boundary Condition for Continuum Models of Biomolecular Electrostatics
要了解蛋白质等生物分子的行为，需要了解周围流体（溶剂）环境的关键影响-水与移动盐离子，如钠。不幸的是，对于许多研究来说，完全原子模拟被数千个水分子和离子包围的生物分子在计算上太慢了。基于宏观介电理论（例如泊松方程）的连续溶剂模型是流行的替代方案，但它们的简单性未能捕捉到众所周知的功能意义的现象。例如，标准理论预测静电响应相对于原子电荷的符号是对称的，即使如果电荷靠近生物分子表面，则响应实际上是强烈不对称的。在这项工作中，我们提出了一个不对称的连续理论，捕获的基本物理机制-溶剂原子的有限大小-使用非线性边界条件（NLBC）在生物分子和溶剂之间的介电界面。使用边界积分方法的数值计算表明，新的NLBC模型再现了更现实的，昂贵的，全原子分子动力学（MD）模拟显式水计算的结果范围广泛。我们讨论了模型扩展，如建模稀电解质溶剂与Debye-Huckel理论（线性化的泊松-玻尔兹曼方程）和机会，为电磁学界在分子纳米科学和工程的这一重要领域的研究作出贡献。
2015-05-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Implicit Solvation Using the Superposition Approximation (IS-SPA): Extension to Polar Solutes in Chloroform
高效、准确和适应性强的隐式溶剂模型仍然是分子模拟领域的一个重大挑战。最近的隐式溶剂模型，IS-SPA，基于近似的平均溶剂力使用叠加近似，提供了一个平台，以实现这些目标。IS-SPA最初开发用于处理TIP 3 P水模型中的非极性溶质，但可以扩展到准确处理其他极性溶剂中的极性溶质。在这篇手稿中，我们演示了如何适应IS-SPA，包括在氯仿溶剂中的溶剂取向和长程静电的处理。氯仿的取向近似为平均静电场中的理想偶极子取向。溶剂-溶质力，然后被认为是一个平均的径向对称的Lennard-Jones分量和多极展开的静电分量通过八极项。该模型的参数包括基于原子的溶剂密度和平均电场函数，这些函数是从独立原子或分子的显式溶剂模拟拟合的。使用这些参数，IS-SPA帐户的电荷溶剂化的不对称性，并再现了明确的溶剂势的平均力的二聚两个带相反电荷的Lennard-Jones球高保真。此外，该模型更准确地捕捉显式溶剂的丙氨酸二肽在氯仿中的单体和二聚体的配置比广义玻恩或恒定密度介电模型的效果。预计当前版本的算法在浓度低于150 mM（远高于这些材料的典型实验浓度）的小肽聚集方面优于显式溶剂模拟。
2020-10-05 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Minimal parameter implicit solvent model for ab initio electronic structure calculations
我们提出了一个隐式溶剂模型从头计算电子结构的计算是完全自洽的，是基于非齐次泊松方程的直接解决方案。根据Fattebert和Gygi的公式（J.Comp.Chem.23，6（2002）），溶质腔自然地根据电子密度的等值面来定义。虽然这个模型只依赖于两个参数，我们证明，通过使用适当的边界条件和色散排斥的贡献，溶剂化能量获得广泛的测试集，包括中性和带电分子相比，现有的模型显示出显着的改善。我们的方法是实施，但不限于，线性标度密度泛函理论（DFT）的框架，开辟了自洽的隐式溶剂DFT计算前所未有的大小，我们证明了2615个原子的蛋白质配体复合物的计算系统的路径。
2011-12-06 physics.chem-ph physics.comp-ph
Quasi-Chemical Theory and Implicit Solvent Models for Simulations
一个统计热力学的发展给出了一个新的隐式溶剂模型，避免了传统的计算机模拟的大分子溶液的周期性边界条件的系统大小的限制。该隐式溶剂模型基于准化学方法，不同于液体溶液理论的常见积分方程主干。这个理论的物理内容是假设一小部分溶剂分子是这些溶剂化问题的决定性因素。准化学理论的详细推导护送这个建议的发展。准化学处理在液态水中Li $^+$离子水合反应中的数值应用是对准化学理论的激发和验证。这些结果强调了这样一个事实，即准化学方法改进了利用离子水簇结果的解决方案的统计热力学的路径。
1999-09-03 physics.bio-ph physics.chem-ph
Explicit-Solute Implicit-Solvent Molecular Simulation with Binary Level-Set, Adaptive-Mobility, and GPU
粗粒度建模和高效的计算机模拟是研究具有多自由度和多时空尺度的复杂分子过程的关键。生物分子溶剂化的变分隐溶剂模型（VISM）就是这样一个建模框架，它的初步成功已经得到了一致的证明。在VISM中，溶质-溶剂界面的有效自由能泛函被最小化，并且表面能是自由能的关键分量。在这项工作中，我们扩展VISM包括溶质的机械相互作用，并开发快速算法和GPU实现的扩展变分显式溶质隐式溶剂（VESIS）分子模拟，以确定潜在的分子平衡构象。我们采用了一种快速的二进制水平集方法最小化溶质-溶剂界面的溶剂化自由能，并构建了一个自适应迁移率梯度下降法溶质原子优化。我们还在GPU中实现了我们的方法。数值试验和几个分子系统的应用验证了我们的方法和算法的准确性，稳定性和效率。结果发现，我们的新方法和GPU实现提高了分子模拟的效率显着超过CPU实现。我们的快速计算技术可以使我们能够模拟非常大的系统，如蛋白质-蛋白质相互作用和膜动力学的显式溶剂全原子分子动力学模拟可以是非常昂贵的。
2022-08-10 math.OC physics.chem-ph
A Nonlocal Poisson-Fermi Model for Ionic Solvent
本文提出了一个非局域Poisson-Fermi模型，该模型在计算静电势时考虑了离子尺寸效应和水分子间的极化相关性。它包括以前的泊松-费米模型作为特殊情况，其解决方案是相应的非局部泊松介电模型的解决方案与Yukawa型核函数的卷积。此外，费米分布被证明是一组最佳的离子浓度函数的意义上最小化的静电势自由能。最后，数值结果显示泊松费米解和相应的泊松解之间的差异。
2016-03-15 physics.chem-ph physics.comp-ph q-bio.BM
Hydration free energies of polypeptides from popular implicit solvent models versus all-atom simulation results based on molecular quasichemical theory
大分子的水化自由能是理解其构象分布和聚集状态的中心性质。在全原子模拟中计算大分子的水合自由能长期以来一直是一个挑战，需要使用模型，其中溶剂的影响被捕获，而没有明确的溶剂自由度。这种情况已经改变了分子准化学理论（QCT）的发展，一种方法，使计算的水合自由能的大分子内的所有原子模拟在相同的分辨率是可能的小分子溶质。该理论还提供了一个严格的和物理上透明的框架来概念化和模型化分子溶液中的相互作用，从而提供了一个方便的框架来研究隐式溶剂模型中的假设。在这项研究中，我们比较了使用分子QCT与预测EEF 1，ABSINTH，和GB/SA隐式溶剂模型的聚甘氨酸和聚丙氨酸溶质涵盖了一系列的链长和构象的结果。在这三个模型中，GB/SA在捕捉水化自由能的广泛趋势方面做得最好。我们跟踪组添加剂EEF 1和ABSINTH模型的不足之处，他们低估了溶质基团之间的水合作用的协同性;从这个角度来看，GB/SA的更好的性能可以归因于其治疗的集体性质的水合作用，虽然在连续介质的框架。我们强调的重要性，验证个人的物理成分，进入隐式溶剂模型的蛋白质溶液热力学。
2022-06-18 cond-mat.soft physics.chem-ph
A temperature-dependent implicit-solvent model of polyethylene glycol in aqueous solution
据报道，水溶液中聚乙二醇/氧化物（PEG/PEO）的温度（T）依赖性粗粒（CG）汉密尔顿函数可用于宽温度下的隐溶剂材料模型（即，溶剂质量）范围。T-依赖的非键CG相互作用是从一个组合的“自下而上”和“自上而下”的方法。结合迭代玻尔兹曼反演的原子复制-交换分子动力学模拟计算的对势后精制的回转半径的实验数据的基准。为了更好的处理和在T空间中的完全连续的可转移性，对势被方便地截断并映射到一个解析公式，其中三个结构参数表示为T的显式连续函数。然后证明，该模型在没有进一步调整的情况下成功地再现了半稀释PEG溶液的其他实验已知的关键热力学性质，例如完整的状态方程（即，T依赖性渗透压）以及它们的浊点（或塌陷）温度。
2017-10-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Machine Learning Implicit Solvation for Molecular Dynamics
生物分子溶剂环境的精确建模对于计算生物学和药物设计至关重要。一个流行的方法来实现长的模拟时间尺度的大型系统的大小是将溶剂的效果在一个平均场的方式与隐式溶剂模型。然而，现有的隐式溶剂模型的挑战是，与显式溶剂模型相比，它们通常缺乏准确性或某些物理性质，因为被忽略的溶剂分子的多体效应难以建模为平均场。在这里，我们利用机器学习（ML）和多尺度粗粒化（CG）来学习隐式溶剂模型，该模型可以在给定足够的训练数据的情况下以任意精度近似给定显式溶剂模型的能量和热力学性质。继以前的ML-CG模型CGnet和CGSchnet，我们引入ISSNet，一个图形神经网络，模拟平均力的隐式溶剂势。ISSNet可以从显式溶剂模拟数据中学习，并很容易应用于MD模拟。我们比较了两个肽体系在不同溶剂化处理下的溶质构象分布。结果表明，ISSNet模型在再现小分子蛋白质体系相对于显式溶剂的热力学行为方面优于常用的广义Born模型和表面积模型.这种新方法的成功证明了将机器学习方法应用于计算机研究和生物医学应用中溶剂效应的准确建模的潜在好处。
2021-08-26 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Stratification of drying particle suspensions: Comparison of implicit and explicit solvent simulations
采用大规模分子动力学模拟研究了大小颗粒二元混合物在显式和隐式溶剂中的干燥悬浮液。首先对溶剂进行显式建模，然后通过匹配扩散系数和粒子对关联函数将其映射到均匀粘性介质。在相同的干燥条件下，在两种模型中观察到颗粒的“小上”分层，在干燥过程中在后退的液-气界面处富集较小的颗粒。与隐式溶剂模型，我们能够模拟更厚的膜和研究的效果的初始膜厚度上的颗粒在干膜中的最终分布。我们的研究结果表明，分层的程度是由Péclet数定义的初始膜厚度作为特征长度尺度。当大颗粒和小颗粒的Péclet数远大于1时，随着Péclet数的增加，“顶部小”分层的程度首先增强，然后减弱。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
A molecular perspective on induced charges on a metallic surface
了解金属固体表面对外部电场源的响应对于表征电极-电解质界面至关重要。连续统静电学提供了电极表面感应电荷密度的简单描述。然而，这种简单的描述没有考虑与固体的原子结构以及溶剂和溶解离子的分子性质相关的特征。为了说明这样的效果和评估的能力，连续静电描述的诱导电荷分布，我们调查的行为与固定在不同位置的钠或氯离子的金电极，在真空中或在水中，使用全原子恒电位经典分子动力学模拟。我们的分析突出了这两种方法之间的重要相似之处，特别是在真空条件下，当离子离表面足够远时，以及连续描述的一些局限性，即忽略了由吸附的溶剂分子引起的电荷和当离子靠近表面时溶剂的屏蔽效应。虽然电荷分布的详细特征是系统特定的，但我们期望我们关于感应电荷密度的一些通用结论适用于其他离子、溶剂和电极表面。除了这个特定的情况下，本研究还说明了这种分子模拟的相关性，作为电极-电解质界面的改进的隐式溶剂模型的设计的参考。
2021-10-21 physics.chem-ph
Transferable Implicit Solvent Machine Learning Potential for Drugs and Proteins Approaching Ab Initio Accuracy
Technical University of Munich（慕尼黑技术大学）
研究针对生物分子系统建模中机器学习原子间势推理慢的问题，提出由等变图神经网络参数化、基于从头算和实验标签训练的可转移水隐式网络（TWIN），该模型可转移性强，性能优，为生物分子系统高效建模提供了可能。
2026-07-14 cs.LG physics.chem-ph q-bio.BM
Application of the level-set method to the implicit solvation of nonpolar molecules
水平集方法被开发用于数值捕获平衡溶质-溶剂界面，该平衡溶质-溶剂界面由最近提出的变分隐式溶剂模型（Dzubiella，Swanson和McCammon，Phys. Rev. Lett. { \bf 104}，527（2006）和J. Chem. \Phys . { \bf 124}，084905（2006））。在水平集方法中，可能的溶质-溶剂界面由零水平集表示（即，零级表面），并最终演变成平衡溶质-溶剂界面。的演变规律是由溶剂化自由能{ \it功能}，耦合的界面能和范德华型溶质-溶剂相互作用能的最小化。因此，表面演化是能量最小化过程，并且平衡溶质-溶剂界面是该过程的输出。该方法的实施和应用到非极性分子，如两个氙原子，两个平行的石蜡板，螺旋烷烃链，和一个单一的富勒烯$C_{60}$的溶剂化。水平集的解决方案相比，现有的分子动力学模拟的溶剂化能表现出良好的协议。特别是，该方法捕获溶剂去湿（纳米气泡形成），并定量描述了强疏水板系统中的相互作用。
2008-09-01 physics.chem-ph physics.comp-ph
Automated Workflow for Absolute Binding Free Energy Calculations with Implicit Solvent and Double Decoupling
California State University, Northridge（北岭加州州立大学）；Rutgers University（罗格斯大学）
该研究提出一个结合隐式广义Born溶剂模型和双重解耦方法的自动化Python工作流，用于快速可靠的绝对结合自由能计算，在93个主客体复合物上验证了其效率与潜在精度。
2025-09-26 physics.chem-ph
Piece-wise Multipole-expansion Implicit Solvation for Arbitrarily Shaped Molecular Solutes
多极展开（MPE）模型是一种隐式溶剂化模型，用于有效地将溶剂效应纳入量子化学中。即使在最近的直接方法中，MPE中用于表达介电响应的多极基仍然不能有效地解决大于$\approx 10$非氢原子的溶质的静电问题，或者根本不能解决静电问题。在现有的MPE参数化，由此产生的系统低估的静电溶质-溶剂相互作用，目前补偿的系统高估的非静电吸引力的相互作用。尽管MPE模型可以很好地再现小分子溶剂化的实验自由能，但固有的误差消除使得很难将物理意义分配给模型中的各个自由能项，从而引起了对可转移性的担忧。在这里，我们解决了这个问题，通过解决静电问题的3D区域中的所有非氢原子核周围的溶质，确保可靠的多极级数的收敛。由此产生的方法，我们称之为MPE- $n$ c，因此允许介质对溶质的介电响应的更好再现。采用一个简化的非静电模型与一个单一的自由参数，除了密度等值线定义的溶剂化腔，MPE- $n$ c产生的自由能的中性，阴离子和阳离子的溶质在水中的溶剂化与实验符合良好。
2021-12-09 physics.chem-ph
Electrostatic self-assembly of neutral particles on a dielectric substrate: A theoretical study via a multiple-image method and an effective-dipole approach
本研究通过多重镜像法和有效偶极子方法，理论分析了中性介电粒子在带电基底上的静电自组装，揭示了介电常数差异导致的极化反转与力转变，并发现粒子形成稳定六边形结构。
2024-12-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Solvation of complex surfaces via molecular density functional theory
我们表明，经典的分子密度泛函理论（MDFT），这里在均匀的参考流体近似中，其中的功能推断从本体溶剂的性质，是一个强大的新工具来研究，在一个完整的分子水平上，复杂的表面和界面的极性溶剂化。这种隐式溶剂方法允许确定的结构，取向和充满活力的溶剂化性能，是在同一系统进行的全原子分子模拟的水平，同时减少了两个数量级的计算机时间。这是说明了由分子偶极溶剂润湿超过一千个原子组成的原子分辨粘土表面的研究。利用该方法的高数值效率进行了系统的分析的静电和非静电组件的表面-溶剂相互作用内流行的CLAYFF力场。溶剂的能量和结构被发现弱依赖于粘土表面的原子电荷分布，即使是一个相当极性的溶剂。我们得出结论，这样的研究结果力场发展的后果。
2012-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
False Metallization in Short-Ranged Machine Learned Interatomic Potentials
University of Cambridge（剑桥大学）；BASF SE, Group Research（巴斯夫股份公司集团研究）；BASF Chemicals India Pvt. Ltd.（巴斯夫印度化工有限公司）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文揭示短程MLIPs因忽略长程静电相互作用导致水层虚假金属化的问题，强调长程静电相互作用对研究极性液体系统的重要性。
2026-03-04 physics.chem-ph
Tackling solvent effect by coupling electronic and molecular Density Functional Theory
溶剂化效应对化学反应有很大的影响。然而，精确的量子化学计算通常是在真空中进行的，忽略了溶剂的作用，或者使用连续溶剂模型，忽略了其分子性质。我们提出了一种新的方法耦合的溶质的量子描述使用电子密度泛函理论与经典的巨正则处理的溶剂使用分子密度泛函理论。与以前的工作不同，这两个密度最小化自我一致，占分子溶剂和溶质的相互极化。静电相互作用占使用的溶质，而不是拟合点电荷的全电子密度。介绍的方法是一个很好的折衷之间的两个主要策略来解决量子计算中的溶剂化效应。它比直接的量子力学/分子力学耦合计算更有效，需要探索许多溶剂配置。与连续方法相比，它保留了溶剂的完整分子水平描述。我们验证了这个新的框架到两个通常的基准系统：水溶剂化的水和对称的亲核取代之间的氯甲烷和氯在水中。自由能分布的预测还没有完全定量的实验数据相比，但最重要的功能是定性恢复。该方法提供了一个详细的分子图片的演变的溶剂结构沿反应途径。
2020-07-13 physics.chem-ph
Ions at electrochemical interfaces: from explicit to implicit molecular solvent descriptions
本研究结合 Thomas-Fermi 金属屏蔽模型与显式 MD 或隐式 MDFT 溶剂描述，考察 Na$^+$、Cl$^-$ 在水和乙腈界面的效应，证明 MDFT 可低成本准确再现界面溶剂结构。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Extending machine learning model for implicit solvation to free energy calculations
Eshelman School of Pharmacy, University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校埃舍尔药学院）
本文提出基于图神经网络的隐式溶剂模型LSNN，通过匹配力和导数提升自由能预测精度，实现高效且准确的溶剂化自由能计算。
2026-05-02 cs.LG physics.chem-ph
Hessian QM9: A quantum chemistry database of molecular Hessians in implicit solvents
IBM Research Europe（IBM欧洲研究院）；Hartree Centre（哈特里中心）；Science and Technology Facilities Council（科学技术设施委员会）
本研究构建了包含41645个分子、覆盖真空及三种隐式溶剂环境的Hessian QM9数据库，验证了将势能面二阶导数纳入MLIP损失函数可提升振动频率预测精度，为真实溶剂环境下的有机分子研究提供数据支撑。
2024-08-15 cs.LG physics.chem-ph
Knowledge Distillation of a Protein Language Model Yields a Foundational Implicit Solvent Model
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文通过知识蒸馏将蛋白质语言模型ESM3的进化信息转化为高效的图神经网络，构建出可转移的隐式溶剂模型，解决了传统方法在蛋白质折叠和无序蛋白行为模拟中的精度不足问题。
2026-03-25 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Variational implicit-solvent predictions of the dry-wet transition pathways for ligand-receptor binding and unbinding kinetics
配体-受体结合和解结合是基本的生物分子过程，并且对于药物功效特别重要。然而，环境水分波动影响相应的热力学和动力学，从而挑战理论描述。在这里，我们设计了一个整体的，隐式溶剂，多方法的方法来预测（联合国）结合动力学的一个通用的配体口袋模型。我们使用变分隐式溶剂模型（VISM）计算溶质-溶剂界面结构和相应的自由能，并将VISM与弦方法相结合，得到了各种亚稳（“干”和“湿”）水合状态之间的最小能量路径和过渡态。所得的干-湿转换率，然后使用在一个空间依赖的多状态连续时间马尔可夫链布朗动力学模拟，和相关的福克-普朗克方程计算，配体随机运动，提供的平均首次通过时间的绑定和unbinding。我们发现水化过渡显着减慢绑定过程，在半定量协议与现有的显水模拟，但显着加速解绑定过程。此外，我们的方法允许在配体运动过程中的口袋和配体的非平衡水合状态的表征，为此，我们发现大量的记忆和滞后效应的结合与非结合。因此，我们的研究提供了一个重要的一步，在现实的配体-受体系统的复杂动力学的有效的，基于物理的解释和预测。
2019-06-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Molecular dynamics studies of interaction between asphaltenes and solvents
了解沥青质和其他分子之间的分子相互作用，这可能会作为其溶剂，提供洞察其在石油流体中的稳定性和它的相变的性质。本文采用分子动力学模拟对沥青质单分子和纯溶剂组成的体系进行了模拟。研究了三种不同结构、分子量和杂原子含量的沥青质。选择水和邻二甲苯作为相互作用的溶剂。所有模拟均使用GROMACS软件进行。烃类采用OPLS_AA势模型，水采用SPC/E势模型。结果表明，沥青质中的极性官能团是沥青质与水之间形成氢键的主要原因。研究还表明，沥青质与水之间的静电相互作用能和范德华相互作用能都有重要作用。相反，与vdW相比，沥青质和邻二甲苯之间的ES具有较小的影响。在所有的情况下，势能增加，而略有增加时，压力增加。此外，当温度升高时，它们显著降低。压力变化对沥青质与水之间的界面张力没有影响。而且，温度降低后，它们还会略有增加。
2019-07-03 physics.chem-ph
Generalizing The Mean Spherical Approximation as a Multiscale, Nonlinear Boundary Condition at the Solute--Solvent Interface
本文扩展了连续电静力学模型，提出多尺度水合壳边界条件，准确预测溶质的溶化自由能和熵，克服传统模型的不足。
2016-07-14 cs.NA math.NA physics.chem-ph
Predicting solvation free energies with an implicit solvent machine learning potential
Faculty of Physics and Center for NanoScience, Department of Veterinary Sciences, Ludwig-Maximilians-Universität München（物理系和纳米科学中心、兽医学系，路德维希-马克西米利安大学慕尼黑）；Atomistic Modeling Center, Munich Data Science Institute, Technical University of Munich（原子模型中心、慕尼黑数据科学研究所，慕尼黑技术大学）；Multiscale Modeling of Fluid Materials, Department of Engineering Physics and Computation, TUM School of Engineering and Design, Technical University of Munich（多尺度流体材料建模，工程物理与计算系，TUM工程与设计学院，慕尼黑技术大学）
提出 ReSolv 框架，通过自上而下与自下而上学习参数化隐式溶剂机器学习势能，准确预测小分子水合自由能，并在 FreeSolv 上以四个数量级加速超越显式溶剂方法。
2025-05-12 cs.LG physics.chem-ph physics.comp-ph
Double Proton Transfer in Hydrated Formic Acid Dimer: Interplay of Spatial Symmetry and Solvent-Generated Force on Reactivity
在分子水平上详细研究了水合甲酸二聚体（FAD）中的双质子转移（DPT）反应。为此，一个全球性的和反应性的机器学习（ML）势能面（PES）的开发运行广泛的（超过100 ns）混合ML/MM分子动力学（MD）模拟显式分子力学（MM）溶剂在MP2质量的溶质。模拟固定-如在传统的经验力场-和构象波动-可从ML-基于PES -FAD的电荷模型显示DPT和FAD解离成两个甲酸单体之间的竞争的显着影响。在300 ~ 600 K范围内，DPT在溶液中的势垒高度随温度的升高变化约10%（$\sim 1$ kcal/mol）。DPT的速率在350 K时最大，为$\sim 1$ ns $^{-1}$，并且由于FAD的不稳定和解离概率增加而在较高温度下降低。发现水溶剂通过沿O-H $\cdots$ O氢键施加有利的溶剂诱导库仑力来促进第一次质子转移，而第二次质子转移显著地受O-O分离和其他构象自由度控制。水合FAD中的双质子转移涉及结构和静电因素之间微妙的相互作用和平衡。
2022-05-13 physics.chem-ph
Some challenges of diffused interfaces in implicit-solvent models
Universidad Técnica Federico Santa María（费德里科·圣塔玛丽亚技术大学）；Kingston University London（金士顿大学伦敦分校）
本文研究了隐式溶剂模型中扩散界面对溶剂化和结合能的影响，采用双曲正切函数耦合内部和外部区域，发现函数形状对能量有显著影响，k_p值影响溶剂化能和结合能，需精细网格处理。
2024-08-23 physics.chem-ph
A model for dynamical solvent control of molecular junction electronic properties
分子结的电子输运性质的实验测量通常在溶剂中进行。溶剂-分子耦合和溶剂的物理性质可用作外部刺激以控制通过分子的电流。本文提出了一个在电流的非平衡格林函数计算中考虑溶剂-分子相互作用动力学效应的模型。溶剂被认为是一个宏观的偶极矩，重定向随机和相互作用的电子隧穿通过分子结。在时域中求解了电子格林函数的Keldysh-Kadanoff-Baym方程，然后用Furutsu-Novikov方法对转动变量的随机实现进行平均，以精确封闭无限阶随机关联函数。发达国家的理论需要使用宽带近似以及溶剂的自由度的经典治疗。该理论被应用到一个模型分子结。结果表明，不仅分子结和溶剂之间的静电相互作用，而且溶剂粘度可以用来控制结的电性能。旋转偶极矩的排列打破了传输的粒子-空穴对称性，有利于空穴或电子输运通道，这取决于排列电位。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Exact electrostatic energy calculation for charged systems neutralized by uniformly distributed background charge using fast multipole method and its application to efficient free energy calculation
在离子和离子分子自由能的分子动力学计算中，经常会遇到电中性条件被破坏的湿荷电分子系统。这就给周期边界条件下静电相互作用的计算带来了困难。解决这个问题的标准方法是考虑假设均匀的背景电荷密度来中和整个系统。在这里，我们提出了一个新的表达式的静电相互作用的系统，包括背景电荷的快速多极方法（FMM）的评估。此外，一个有效的计划，以评估溶质-溶剂相互作用能的FMM已被开发，以减少计算的远场部分。用新的公式计算了Mg $^{2+}$、Na $^{+}$和Cl $^{-}$在中性溶剂中的水化自由能。自由能的计算结果与粒子网格Ewald方法的计算结果吻合较好，验证了本文公式在FMM框架下的有效性。本方案的优点是基于高度并行计算的大规模带电系统（特别是超过百万个粒子）的有效自由能计算。
2020-03-30 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
A Discrete Ion Stochastic Continuum Overdamped Solvent Algorithm for Modeling Electrolytes
在本文中，我们开发了一种强电解质的介观模拟方法。该方法是波动浸没边界（FIB）方法的延伸，该方法将溶质视为与欧拉流体动力场和静电场相互作用的离散拉格朗日粒子。在这两种情况下，浸没边界（IB）方法的佩斯金用于粒子场耦合。流体动力学相互作用被认为是过阻尼的，与热噪声纳入使用波动斯托克斯方程，包括“干扩散”布朗运动，以占尺度不解决的粗粒度模型的溶剂。长程静电相互作用计算通过求解泊松方程，包括使用一种新的浸入边界的经典粒子粒子网格（P3 M）技术的变种与短程校正。还包括基于Weeks-Chandler-Andersen（WCA）势的短程排斥力。通过与Debye-H{ü}ckel理论的离子-离子对关联函数和Debye-H{ü}ckel-Onsager理论的电导率（包括强电场下的Wein效应）的比较，验证了新方法的有效性。在每种情况下，观察到良好的协议，提供的流体动力学相互作用在典型的离子-离子分离的流体网格解决。
2021-03-23 physics.chem-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Binary Level Set Method for Variational Implicit Solvation Model
本研究将二元水平集方法应用于变分隐式溶剂模型（VISM），通过离散化能量泛函与最速下降翻转迭代实现能量最小化，大幅提升计算速度，且数值实验验证了方法的准确性与性能。
2021-10-25 cs.NA math.NA physics.chem-ph
Automatic parametrization of implicit solvent models for the blind prediction of solvation free energies
Michigan State University（密歇根州立大学）
本文提出系统协议自动参数化隐式溶剂模型，结合极性和非极性组件，通过分子相似性开发评分算法，利用668组实验数据验证，实现溶解自由能预测的高精度。
2016-07-10 cs.NA math.NA physics.chem-ph
Universal iso-density polarizable continuum model for molecular solvents
基于联合密度泛函理论的隐式电子密度溶剂化模型为从第一性原理量子力学计算溶剂化体系的热力学量的问题提供了一个计算上有效的解决方案。然而，尽管最近的兴趣在这样的模型，到目前为止，这种模型的适用性在平面波的上下文中的非水溶剂已经受到限制，因为模型参数的确定需要拟合到一个大的数据库的实验溶剂化能量为每个新的溶剂考虑。这项工作提出了一种替代的方法，允许开发新的等密度模型的一个大类的质子和非质子溶剂，只有简单的，单分子从头计算和容易获得的散装热力学数据。
2015-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Electrostatics of solvated systems in periodic boundary conditions
连续介质溶剂化方法可以在液体或复杂介电环境中提供精确且廉价的量子模拟嵌入。尽管在开放边界条件下孤立系的应用历史悠久，但它们对材料模拟的扩展-通常需要边界条件-是最近才出现的，需要特别注意正确处理静电项。我们在这里讨论如何在真空中的系统开发的边界修正应修改，以考虑溶剂的影响，作为一个一般框架的自洽连续溶剂化模型内开发的平面波密度泛函理论[O。Andreussi等人，J. Chem.Phys.136，064102（2012）]。一个全面的讨论真实空间和倒数空间的纠正方法，连同评估其能力，以消除静电之间的相互作用定期副本。零维和二维带电系统的数值结果突出了不同的建议的有效性，并强调了在溶液中的带电系统的第一性原理研究中静电相互作用的适当补偿的重要性。
2014-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Modeling Electrokinetic Flows with the Discrete Ion Stochastic Continuum Overdamped Solvent Algorithm
在这篇文章中，我们开发了一种算法，在物理边界的存在下，电解质的有效模拟。在以前的工作中，离散离子随机连续统过阻尼溶剂（DISCOS）算法推导出三重周期域，并通过离子-离子对关联函数和Debye-H{ü}ckel-Onsager理论的电导率，包括Wien效应的强电场进行验证。在扩展这种方法以包括对物理边界的准确处理时，我们必须解决几个重要问题。首先，将离子与边界的相互作用所需的扩展和插值算子的修改进行说明。接下来，我们讨论修改静电求解器，以处理附近的固定电位或电介质边界的电荷的影响。一个额外的短程电位也被引入来表示离子与固体壁的相互作用。最后，干扩散项被修改，以考虑边界附近的离子的迁移率降低，这引入了一个额外的随机漂移校正。几个验证测试，确认正确的平衡分布的离子在一个通道。此外，该方法证明了使用电渗和感应电荷电渗，与理论和其他数值方法的比较。值得注意的是，DISCOS方法实现了更高的精度比连续体静电模拟方法。我们还研究了使用“干扩散”方法的欠分辨流体动力学效应的影响，并发现可以实现相当大的计算加速，对精度的影响可以忽略不计。
2022-07-11 physics.chem-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
All-atomistic Transferable Neural Potentials for Protein Solvation
University of North Carolina at Chapel Hill - Eshelman School of Pharmacy（北卡罗来纳大学教堂山分校-埃舍尔曼药学院）
本文提出PHNN模型，通过学习可迁移的参数修正提升隐式溶剂模型的准确性，并在非领域蛋白系统中保持预测能力。
2026-05-14 cs.LG physics.chem-ph
Multiscale models and approximation algorithms for protein electrostatics
Northeastern University（东北大学）；Rice University（莱斯大学）
本文提出多尺度模型和边界积分方法，用于更准确地模拟蛋白质静电学问题，包括非局部连续理论模型和非线性边界条件。
2015-12-28 cs.NA math.NA physics.chem-ph
Density Functional Theory for Protein Transfer Free Energy
我们投下的密度泛函理论（DFT）的形式主义内的蛋白质转移自由能的问题，治疗的蛋白质作为一个来源的外部潜力，作用于溶剂。排除溶剂的体积，溶剂可及的表面积，和温度依赖性的转移自由能都自然出现在这种形式主义，并可以与简化的“背面的信封”模型，这也是在这里开发。对于典型的蛋白质长度，消耗对渗透压调节剂诱导的稳定性的贡献范围为5- $10\kB T$。一般的DFT传输理论，这里开发的可以被简化，重现朗缪尔等温凝聚机制的蛋白质表面上的限制，短程相互作用，和稀溶质。将状态方程扩展到更高的溶质密度导致自由能驱动蛋白质或聚合物塌缩的非单调行为。假设蛋白质的简单骨架/侧链2-珠模型与渗压剂的有效电势为6-12，得到蛋白质主链或侧链与TMAO之间的有效相互作用电势。转移自由能$δg$显示出显著的熵：对于100个残基的蛋白质，为$d(δg)/dT \approx 20 \kB$。DFT的应用，有效溶剂力用于隐式溶剂分子动力学也开发。隐式溶剂力的最简单的DFT表达式包含耗尽相互作用和较大距离处的“阻碍溶剂化”排斥力。
2013-10-03 cond-mat.soft physics.chem-ph q-bio.BM
Alchemical Transfer Approach to Absolute Binding Free Energy Estimation
提出了计算非共价分子复合物标准结合自由能的炼金术转移法（ATM）。该方法是基于受体结合位点和显式溶剂体之间的配体的坐标位移扰动，以及由对称中间体连接的热力学循环，其中配体与受体和溶剂环境以相等的强度相互作用。虽然这种方法是炼金术的，但ATM的实现就像物理途径的绑定方法一样简单。该方法原则上适用于任何力场，它不需要将炼金术转化分成静电和非静电步骤，也不需要软核对势。我们已将ATM实现为OpenMM分子动力学库的免费可用且开源的插件。该方法及其实现在SAMPL 6 SAMPLing主机-客户机基准测试集上进行了验证。这项工作铺平了道路，精简炼金术的相对和绝对结合自由能实现许多分子模拟软件包和任意的能量函数，包括极化，量子力学和人工神经网络的潜力。
2021-01-19 physics.chem-ph q-bio.QM
The Aqueous Solvation of Water: A Comparison of Continuum Methods with Molecular Dynamics
用两种方法计算了单个水分子在液态水中的溶剂化性质。在第一种方法中，水分子被放置在一个空腔中，溶剂被视为一个介电连续体。该模型通过使用DelPhi程序数值求解泊松方程进行分析。由此产生的溶剂化性质敏感地依赖于空腔的形状和大小。在第二种方法中，溶剂和溶质分子显式处理分子动力学模拟使用Ewald边界条件。当使用标准腔半径时，我们发现这两种方法预测的溶剂化自由能相差2千卡/摩尔。此外，介电连续介质理论假设溶剂的反应仅仅是通过重新调整其电矩线性与溶质的电场的强度;分子模拟的结果显示出重要的非线性效应。非线性溶剂效应通常有两种类型：介电饱和，由于溶剂-溶质氢键，和电致伸缩，由于静电相互作用的增加，溶质腔的减少。我们发现，如果定义在连续介质理论中使用的溶质腔的半径随着溶质的电荷而减小，
1994-03-15 chem-ph physics.chem-ph
Donnan equilibrium in charged slit-pores from a hybrid nonequilibrium Molecular Dynamics / Monte Carlo method with ions and solvent exchange
Korea Institute of Energy Technology (KENTECH)（韩国能源技术研究院）；Sorbonne Université（索邦大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Physico-chimie des Électrolytes et Nanosystemès Interfaciaux, PHENIX（界面电解质与纳米系统物理化学实验室）；Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E), FR CNRS 3459（电化学储能网络）
本文通过混合非平衡分子动力学/蒙特卡罗方法研究带电狭缝孔中的Donnan平衡，展示了重新规范化的表面电荷密度如何扩展线性化PB理论的适用范围。
2024-07-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Many interacting particles in solution. II. Screening-ranged expansion of electrostatic forces
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学）
本文提出了一种基于屏蔽范围展开的精确解析方法，用于计算复杂粒子系统中屏蔽的静电力相互作用。
2025-12-11 cond-mat.soft math-ph math.MP
On the molecular correlations that result in field-dependent conductivities in electrolyte solutions
利用响应理论和非平衡系综重权的最新进展，我们研究了动态和静态的相关性，引起一个电场依赖的离子电导率在电解质溶液中。我们考虑的解决方案建模与隐式和显式溶剂，具有不同的介电特性，并在多个浓度。隐式溶剂模型在低浓度和小的介电常数表现出强烈的场依赖性的电导率。我们将这些结果与Onsager-Wilson理论的Wien效应进行了比较，该理论在低浓度和高静态介电常数下提供了定性一致的预测，但与这些制度不一致。的起源的差异被发现在这些条件下增加离子相关性。显式溶剂效应的作用，以抑制非线性响应，产生一个弱的场依赖性的电导率的范围内的物理可实现的场强。通过分解相关的时间关联函数，我们发现电导率对电场的不敏感性是由于溶剂中离子所受的持续摩擦力。我们的研究结果说明了非平衡响应理论在合理化非线性传输行为的效用。
2021-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Integral equation models for solvent in macromolecular crystals
溶剂可以占据高达70%的大分子晶体，因此具有预测溶剂在周期性系统中分布的模型可以改善对晶体学数据的解释。然而，很少有隐式溶剂模型适用于周期性溶质，而晶体结构通常是假设一个平坦的溶剂模型求解。在这里，我们提出了一个新开发的周期性版本的3D-RISM积分方程方法，能够有效地解决和准确地描述水和离子的分布在周期性系统中的代码可以计算精确的梯度，可用于最小化或分子动力学模拟。新的方法包括一个扩展的OZ方程需要产生电荷中性的带电溶质，这需要额外的贡献，以前还没有确定的过量化学势，这是一个重要的考虑核酸或任何其他带电系统中的大多数或所有的反离子和共离子的一部分的“无序”溶剂。我们提出了几个计算的蛋白质，RNA和小分子晶体显示，X-射线散射强度和溶剂结构预测的周期性3D-RISM溶剂模型与实验更接近一致比强度计算使用默认的平面溶剂模型在refmac 5或phenix细化程序，在2至4微米范围内的最大改善。展望将积分方程模型晶体学细化进行了讨论。
2021-09-07 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Molecular Simulation of Electrode-Solution Interfaces
许多关键的工业过程，从电力生产、转换和储存到电催化或一般的电化学，依赖于在金属电极和电解质溶液之间的界面处发生的物理机制，由双电层的概念概括，其中电子在金属侧上和离子在液体侧上的积累/耗尽。虽然静电相互作用对电极-电解质界面的结构、热力学、动力学和反应性起着至关重要的作用，但这些性质也关键地取决于离子和溶剂的性质以及金属本身的性质。这样的界面对建模提出了许多挑战，因为它们是量子化学与统计物理学相遇的地方。在本综述中，我们探讨了最近的进展与经典分子模拟的电极-电解质界面的描述和理解，重点是平面界面和溶剂型液体，从纯溶剂到水在盐电解质。
2020-08-27 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
