آموزش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی با نرم‌افزار متریالز استادیو

شبیه‌سازی دینامیک مولکولی با کمک نرم‌افزار متریالز استادیو امروزه به‌عنوان موضوع به‌روز در کنار روش‌های آزمایشگاهی تبدیل شده است. با پیدایش علم شیمی محاسباتی، استفاده از مدل‌سازی و شبیه‌سازی جهت بهبود مسائل و مشکلات مربوط به کارهای تجربی موردبحث قرار گرفت و سپس گسترش یافت.

هدف از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی چیست؟

هدف کلی شبیه‌سازی بررسی رفتار و خواص سامانه‌های شیمایی و همچنین پیش‌بینی رفتار‌های سامانه جهت تسهیل در کارهای آزمایشگاهی است که امروزه در کنار کارهای تجربی جهت کاهش هزینه‌های مربوط به کارهای تجربی و آزمایشگاهی انجام می‌گیرد.

ابتدا محققان از مونت‌کارلو (Monte Carlo) با درنظرگرفتن نمونه‌های تصادفی جهت شبیه‌سازی سامانه‌های شیمایی استفاده کردند. اما با وجود محدودیت‌هایی که این فضا در اختیار اپراتور قرارداد، خطای نسبتاً بالا و همچنین عدم شباهت قابل‌قبول نسبت به سیستم‌های واقعی، شبیه‌سازی دینامیک مولکولی پا به عرصه گذاشت.

در شبیه‌سازی دینامیک مولکولی با کمک معادلاتی که از قانون دوم نیوتن حاصل می‌شود و همچنین با استفاده از روش‌های عددی جهت حل معادلات، مکان و سرعت حرکت ذرات سامانه موردمطالعه در هر لحظه و زمان مشخص می‌گردد. 

کاربرد های شبیه‌سازی دینامیک مولکولی  

شبیه‌سازی دینامیک مولکولی ( Molecular Dynamics (MD) ) کاربرد‌های مختلفی دارد که عبارت‌اند از:

مطالعه خواص و کاربردهای مواد موردمطالعه، دارورسانی، نفوذپذیری گازها، محاسبات کوانتومی، محاسبه امتزاج‌پذیری مواد و غیره است. در MD یک سری مباحث و مفاهیم اساسی و پایه‌ای وجود دارد که پیش از انجام بایستی تفهیم شوند؛ سپس بایستی نوع نرم‌افزار انجام MD مشخص گردد.

نرم‌افزارهای مختلف جهت انجام شبیه‌سازی‌های MD 

نرم‌افزارهای مختلفی جهت انجام شبیه‌سازی‌های MD وجود دارند که عبارت‌اند از:   GROMACS, NAMD,LAMPSS و متریالز استادیو (Materials Stusio ).

در میان این نرم‌افزارها متریالز استادیو به سبب محیط ویژوالی که دارد، کارکرد با آن راحت‌تر است. از طرفی بانک اطلاعاتی بسیار قوی در زمینه مواد آلی و معدنی به‌خصوص پلیمر‌ها را نیز دارا است. این نرم‌افزار میدان‌های نیرو متنوعی دارد نظیر Dreiding، COMPASS، pcff، cvff و غیره که هرکدام قابلیت‌های مخصوص به خود را دارند و جهت بیان بر همکنش‌‌های درون و برون مولکولی مورداستفاده قرار می‌گیرند.

شرکت BIOVIA این نرم‌افزار را گسترش داده و تا به امروز ورژن 2020 را خروجی داده است. این ورژن به‌روز یک سری میدان‌های نیرو جدیدی را معرفی کرده و از طرفی در سایر میدان‌های نیرو نیز یک سری اصلاحاتی انجام داده است.

به همین سبب دقت انجام محاسبات در زمینه بر همکنش‌ها و همچنین انرژی پتانسیل سامانه موردمطالعه افزایش می‌یابد. بااین‌حال قابلیت‌های متریالز استادیو با پیدایش ورژن‌های جدید روبه افزایش است.

در پایان آموزش خواهید توانست با کمک نرم‌افزار متریالز استادیو به انجام شبیه‌سازی دینامیک مولکولی سامانه‌های موردمطالعه در کارهای آزمایشگاهی بپردازید و منجر به افزایش دقت انجام آزمایش‌ها نیز شوید.