Materials Studio建模教程-7：分子在表面吸附模型的建立
Materials Studio建模教程-8：均聚物、嵌段共聚物、无规共聚物、树枝状高分子模型
Materials Studio建模教程-9：layer builder工具建立硅的孪晶结构、建立金属-聚合物-金属体系
Materials Studio建模教程-10：Crystal Builder工具建立晶格和可视化，包括氢键的可视化方法
目的：演示使用介观分子构建工具构建分子的珠子表示的方法。所用模块：Materials Visualizer介观分子可用于定义分子的分子拓扑结构，例如聚合物和表面活性剂珠子，用于介观计算。一个简单但功能强大的构建工具可以构建各种各样的珠状结构，包括无规共聚物和树枝状大分子，这些结构以前很难在介观尺度计算中生成。本教程介绍嵌段共聚物、无规共聚物和支链结构的构建。启动Materials Studio并建立一个名为Mesomolecule的新工程。如想获得关于创建新工程的指导，可参见Project management教程。如果Materials Studio还没有打开，双击桌面上的Materials Studio图标，或者从Windows开始菜单的程序列表中选择BIOVIA | Materials Studio，以启动程序。打开New Project对话框，输入Mesomolecule作为工程名，单击OK按钮。新工程将以Mesomolecule为工程名列于Project Explorer中。注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将工程中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。有关恢复默认参数设置的步骤，可参见创建工程教程（Creating a project tutorial）。在构建介观分子之前，必须首先定义将用于构建分子的珠子类型。珠子类型存储在工程中，因此应为正在使用的每个体系定义珠子类型。从菜单栏中选择Build | Build Mesostructure | Bead Types，或单击Mesostructure工具栏中的Bead Type按钮。将打开Bead Types对话框。在每次模拟中，珠子类型有两个主要特性，即“名称”和“质量”。还可以设置使用CPK样式可视化珠子时使用的珠子类型颜色和半径。单击Bead Type列底部的空单元格，然后键入环氧乙烷ethyleneoxide。按下ENTER键。已经创建了一种称为环氧乙烷的珠子类型。重复此步骤，创建一个称为乙烯的新珠子类型。在Bead Type列底部的空单元格中单击，然后键入乙烯ethylene。按下ENTER键。向工程中添加其他珠子类型时，珠子类型按字母顺序排列。可以更改珠子类型的颜色。选择环氧乙烷ethyleneoxide珠子类型行。通过编辑Color单元格，更改珠子类型的颜色。提示：将具有珠子类型的文档导入工程将自动在目标工程中创建珠子类型。如果经常使用相同的珠子类型，则可以将它们构建到文档中并简单地导入，而不是在每次创建工程时定义它们。现在已经在工程中定义了珠子类型，可以使用它们来构建介观尺度分子。最初，将构建由5个乙烯珠子和5个环氧乙烷珠子组成的嵌段共聚物。从菜单栏中选择Build | Build Mesostructure | Mesomolecule或单击Mesostructure工具栏上的Mesomolecule按钮。这将打开Build Mesomolecule对话框。首先，应该加入5个乙烯珠子。从组分名称Component Name下拉列表中选择乙烯ethylene。把Number增加到5。从Component Name下拉列表中选择环氧乙烷ethyleneoxide。把Number增加到5。单击Build按钮。创建一个名为Mesomolecule.xsd的新文档。它包含一种由5个珠子组成的二嵌段共聚物，每个珠子代表乙烯和环氧乙烷。可以使用Display Style对话框更改介观分子的显示样式。在3D Viewer中单击鼠标右键，然后选择Display Style以打开Display Style对话框。在Bead选项卡上，将珠子的样式更改为Ball and stick，然后关闭对话框。如果要构建重复嵌段共聚物，可以通过设置重复单元的数量Number of repeat units来实现。在Build Mesomolecule对话框中，将Number of repeat units更改为4。单击Build按钮。将创建一个新的文件Mesomolecule (2).xsd，包含重复的嵌段共聚物。使用字符串表示法构建无规共聚物可能很困难，但使用介观分子创建工具很简单。可以构造两种不同类型的无规共聚物。将构建的第一个模型在每个重复单元中都是随机的。在Build Mesomolecule对话框中，将乙烯ethylene和环氧乙烷ethyleneoxide组分的Number更改为2。选中重复单元内的随机顺序Randomize order within repeat unit复选框。单击Build按钮。新文档包含一个具有四个重复单元的结构，每个重复单元中的珠子都是随机的。如果查看结构，会发现每一组连续的四个珠子包含两个乙烯和两个环氧乙烷。在Project Explorer中，将模型文档重命名为RandomRepeatUnit.xsd。如果想创建一个真正的无规共聚物，应该改变组分的数量，以模拟共聚物中珠子的比例。为了重现上述情况，需要构建一个包含八个乙烯珠子和八个环氧乙烷珠子的重复单元。将乙烯ethylene和环氧乙烷ethyleneoxide组分的Number增加到8。将重复单元的数量Number of repeat units减少到1。单击Build按钮。在新创建的模型文档中，将包含一个由16个珠子组成的随机共聚物，每个组分有8个珠子。支链结构对于聚合物的建模非常重要。有两种方法可以使用Mesomolecule Builder工具将支链添加到结构中。可以将支链添加到选定的珠子或终端珠子。最初，将通过添加到终端珠子来构建树枝状大分子。首先，应该建立树枝状大分子的种子（seed），三个乙烯珠子。在Build Mesomolecule对话框中，选择环氧乙烷ethyleneoxide行并按下DELETE键。将乙烯ethylene组分的数量Number更改为3。取消选中“重复单元内的随机顺序Randomize order within repeat unit”复选框，然后单击Build按钮。这将产生一个包含三个乙烯珠子的种子。现在可以添加两个环氧乙烷子代。单击乙烯ethylene成分，从下拉列表中选择环氧乙烷ethyleneoxide，并将Number增加到4。选中“添加到支链点Add to branch points”复选框，然后单击More...按钮。将打开Mesomolecule Branches对话框。在这里，可以设置支链的数量以及添加支链的方式。选择Branch from terminal beads。将代数Number of generations更改为2。在Build Mesomolecule对话框中，单击Build按钮。树枝状大分子的珠子表示由两代组成。只需再次添加到同一文档，即可添加第三代。在Build Mesomolecule对话框中，单击环氧乙烷ethyleneoxide组分并选择乙烯ethylene。在Mesomolecule Branches对话框中，将Number of generations更改为1。在Build Mesomolecule对话框中，单击Build按钮。注意：目前，Mesomolecule builder工具没有Clean的功能，因此有时珠子之间会有交叉连接。然而，当分子被构建到介观结构中时，介观尺度建模工具将删除任何交点。也可以向选定的珠子添加支链。例如，可以将支链添加到RandomRepeatUnit.xsd文档中的乙烯珠子。使RandomRepeatUnit.xsd为当前文档。按住ALT键并双击一个绿色乙烯ethylene珠子。选择了所有乙烯珠子。这一次，将构建一个包含1个环氧乙烷珠和2个乙烯珠的支链。珠子的顺序定义支链中的顺序，顶部的珠子是连接到支链点的珠子。支链将与环氧乙烷连接。在Build Mesomolecule对话框中，删除现有组分。将支链定义为由1个环氧乙烷ethyleneoxide珠子和2个乙烯ethylene珠子组成。在Mesomolecule Branches对话框中，选择从选定的珠子中选择Branch from selected beads。将要附着的支链数Number of branches to attach设置为1。构建Build介观分子。如果想构建一种聚合物，其中支链规律性地重复，但主链都是相同的聚合物，可以通过使用临时珠子，然后重新定义它来实现这一点。在本例中，将构建一个由二十个乙烯珠子组成的主链，并且将在主链中每隔四个乙烯珠添加三个乙烯珠的支链。在Build Mesomolecule对话框中，取消选中“添加到支链点Add to branch points”选项。构建了由3个乙烯ethylene珠子和1个环氧乙烷ethyleneoxide珠子组成的5个重复单元repeat units组成的新介观分子。选择链上末端的环氧乙烷ethyleneoxide珠。按下DELETE键。在模型文档中，按住ALT键并双击环氧乙烷ethyleneoxide珠子。在Build Mesomolecule对话框中，定义一个由3个乙烯ethylene珠子组成的1个重复单元repeat unit组成的分子。选中“添加到支链点Add to branch points”复选框。在Mesomolecule Branches对话框中，选择Branch from selected beads。Build构建介观分子并关闭Build Mesomolecule和Mesomolecule Branches对话框。这会将支链添加到环氧乙烷珠。最后，可以编辑环氧乙烷珠的珠类型。在环氧乙烷ethyleneoxide珠子仍处于选中状态的情况下，在Properties Explorer中，双击Properties Explorer中的BeadTypeName以打开Modify Bead Type对话框。选择“乙烯ethylene”，单击OK按钮并关闭对话框。现在，已经构建了乙烯的规则带支链聚合物的珠状表示。从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。