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标题: EasyCurling：构建环状/管状结构的轻量化工具 [打印本页]
作者Author: imasen 时间: 2025-4-20 04:34
标题: EasyCurling：构建环状/管状结构的轻量化工具
本帖最后由 imasen 于 2025-4-21 12:44 编辑
大家好，本贴向大家分享一个近期完成的小工具 —— EasyCurling。它可以将任意可重复的分子结构或晶胞结构进行复制和空间卷曲，从而快速构建出各类环状、管状周期性结构。
以环对苯撑的构建为例展示一下使用方法。输入的结构单元有两种形式：1.提供至少一个完整单元，并且两端需要保留环状结构中重复位置的原子（例如6,11），用于最后的缝合。2.提供至少一个完整单元，两端不需要保留重复原子（11），但需要提供两端距离最远的非重复原子（例如6,3）在环状结构中的间距（1.35埃），这种情况更适合非共价键连接的情况。对于环对苯撑提供的片段如下：
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启动EasyCurling.exe，依次输入：
path\CPP.xyz ||输入原始 .xyz 文件路径
6,11 ||输入卷曲方向上距离最远的两个原子序号
1,3,5 ||定义平面（面向旋转中心的面）的三个原子序号
回车 ||定义从卷曲中心向外的方向的两个原子序号，如果是平面分子或是没有区分内外的必要，键入enter跳过
6 ||单元左端重复的原子序号，对于无重复原子的情况，键入enter跳过
11 ||单元右端重复的原子序号
12 ||设置重复单元数，取1时可对长链分子进行卷曲
1 ||选择卷曲类型：1 表示刚性卷曲（即不对结构做变换，直接复制并旋转），2 表示柔性卷曲（按重复单元数分配扇形区间，并对结构进行扇形变形）
q ||输入其他的重复单元数，或输入'q'退出
运行完成后，EasyCurling.exe目录下会产生一个CPP_n12.xyz的结构文件。可以以[12]环对苯撑为单元，产生更加复杂的超分子化学结构，如下：
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下面展示几个其他的构建环状/管状结构的典型例子：
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碳纳米管的构建，同一个输入结构，选择不同的卷曲方向和缝合原子可以得到不同类型的碳纳米管。构建纯碳的纳米管有许多更方便的程序如NanotubeModeler等，如果碳管上有修饰本程序将更具优势。
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环状多肽的构建。需要注意的是使用柔性卷曲时，由于会对结构进行扇形变形，如果你的结构的径向厚度不显著小于环状结构的半径，那么环内外两侧的化学键会出现不同程度缩短和拉长，可能造成结构的不合理。所以在构建较小的环肽时，建议用甘氨酸这种无侧基的氨基酸先构建骨架，然后再手动添加侧基。
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无机纳米环/管的构建。对温石棉的结构单元，可分别构建Mg在内侧和Si在内侧的两种环状结构。对晶胞进行一维的扩展后，还可以构建纳米管结构。
为了避免处理同一个结构时，每次打开程序都要重复输入，examples文件夹下还提供了几个利用bat批处理脚本运行EasyCurling的例子。用户在第一次运行后记录下相关输入，后面都可以通过bat脚本运行。上面的例子均提供了输入文件，部分提供了bat脚本，用户可以根据脚本中的输入内容自己操作。
欢迎各位试用，提供反馈意见和建议。
作者Author: Uus/pMeC6H4-/キ 时间: 2025-4-20 10:43
这个也是python写完pyinstaller打包产生的可执行文件么？比起工具本身可能我更想知道代码的设计思路、编写方法，方便介绍一二不？
（如果“近期”是指在回答那个三维稠合环建模的帖子以来，那实在是高效啊）
作者Author: imasen 时间: 2025-4-20 18:11
本帖最后由 imasen 于 2025-4-20 18:12 编辑
核心代码用nuitka转c编译成pyd文件后，再用pyinstaller打包的。
程序整体的思路是：
- 根据重复单元数n和分子长度d计算环的周长和半径r，然后调整朝向把整个分子放置到x=r，z=0这条直线上。
- 对单个单元按照2*pi/n的弧度进行卷曲。
- 复制并旋转。
这个程序体量很小，完整代码也就两百来行，写得很快，输入菜单都交给chatGPT写的。上面的步骤2原理和相关代码放在下面。
- x_vals = coords[:, 0].copy()
- y_vals = coords[:, 1].copy()
- angles = (2 * np.pi / n) * (y_vals / d)
- coords[:, 0] = x_vals * np.cos(angles)
- coords[:, 1] = x_vals * np.sin(angles)
作者Author: 苏玖染 时间: 2025-5-12 15:47
本帖最后由 苏玖染 于 2025-5-12 15:52 编辑
您好！如果我想把纤维素分子晶体操作成管状，需要定义很多连接键，可以实现吗？
作者Author: imasen 时间: 2025-5-12 17:16
你可以尝试先用单胞卷成环，然后再加上pbc，用gaussview延长成管，这样会简单点。
作者Author: 苏玖染 时间: 2025-5-13 11:09
好的，非常感谢
作者Author: hzfish 时间: 2025-7-18 11:13
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如果能有把类似噻吩分子结构的重复单元2、5与3、4缝合或2、4与3、5卷成锥管的功能就好了。
作者Author: imasen 时间: 2025-7-18 17:55
有卷曲完的结构参考一下么？
作者Author: hzfish 时间: 2025-7-18 20:38
重复单位和卷好的两种结构的xyz文件见附件。
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