如何描述生长界面对溶质的吸引？

15810593730

各位前辈好，本人目前研究冰水界面上的溶质问题。如何定量证明由于冰水界面的存在，一对儿溶质小分子的结合变得更稳定，或者说，冰面多大程度上吸引溶质（弱吸附）并增强溶质间的结合？本人想了两个办法，但都存在问题。
1）伞形采样。我用的是 http://bbs.keinsci.com/thread-6823-1-1.html 提到的反应坐标垂直界面的伞形采样：面临的二难困境是，要么溶质采样不充分，要么冰明显生长——具体表现为：模拟温度略高则结冰速率较快，或模拟时间过长会使冰有足够的时间生长；但如果不这样，则面临溶质采样不充分的情况。能否不通过试参数的巧妙办法，得到一条更光滑且相对合理的PMF曲线？之前为了得到在界面上的结合能，控制了溶质的相对取向不变，虽然得到PMF曲线较为光滑，但是并不觉得得到的自由能差值是真实的，或者说，不知道该如何进行“二维+取向”修正。
2）暴力模拟。统计溶质分子与界面的距离分布。但说明溶质已经足够扩散了（因而很耗时），而且需要大量独立模拟。也不知道如何将这个结果转化为像伞形采样那样很定量的自由能差值。
希望诸位讨论、指导则个，多谢。

fhh2626

"由于冰水界面的存在，一对儿溶质小分子的结合变得更稳定"这个描述比较含糊
比如在水中，结合的过程可以用AB(游离) == A(游离) + B(游离)表示
但是在界面上，到底是用
AB(吸附) == A(吸附) + B(吸附)
还是
AB(吸附) == A(游离) + B(游离)
来进行对比，就比较值得思考了

我觉得这不太是一步就能做完的事情，可以考虑分别用重要性采样方法计算
A(吸附) == A(游离)
B(吸附) == B(游离)
AB(吸附) == A(吸附) + B(吸附)

如果你用的模型在低温下会有明显的冰生长的话，可以考虑采用较高的温度，但是将冰的结构fix住

15810593730

fhh2626 发表于 2020-8-20 22:40
"由于冰水界面的存在，一对儿溶质小分子的结合变得更稳定"这个描述比较含糊
比如在水中，结合的过程可以用 ...

谢谢您严谨科学的定义与及时的讨论。
1）为了简单起见，我相当于对比的是非冰面上 （A+B）结合态，和冰面上 （A+B）结合态，从而计算冰面对结合的增强效果。至于过程是，（1）第一个先吸附，然后第二个吸附并配对儿，还是（2）吸附在上面的两个分子，由于相互吸引配对儿，还是（3）配对儿后吸附的概率更高——因为这个是更微观、需要考究的内容，所以我是暂且把这个问题放到一边了。
2）您的思路是（1）单分子的吸附，（2）吸附上的两个分子的聚集吗？对于第二步，我试过了，如果不进行方向约束的话，pmf也比较拐（也按照高温+fix试试）。
3）之前见到过fix+高于熔点的方法。可能这是不是办法的办法了。希望能得到合理的PMF曲线。
另外，如果哪位有关于pmf图解释的文献，希望能分享一下。像这种类似膜上的pmf，读到的文献都没有提到修正，更别说对“分子取向确定”的修正

fhh2626

15810593730 发表于 2020-8-20 23:31
谢谢您严谨科学的定义与及时的讨论。
1）为了简单起见，我相当于对比的是非冰面上 （A+B）结合态，和冰 ...

我觉得可以先加上约束，不要纠结于熵修正这样的细节，通常这个不会占主导

如果非要修正的话可以参考funnel metadynamics的修正项

15810593730

fhh2626 发表于 2020-8-23 00:30
我觉得可以先加上约束，不要纠结于熵修正这样的细节，通常这个不会占主导

如果非要修正的话可以参考fu ...

前辈，再请教您一个问题。我brute模拟观察到一对儿小分子在水溶液（无冰）环境下的结合是随温度降低而更稳定的（K随温度增高而降低）。但由伞形采样（每个窗口采样10ns）结果，却发现结合自由能绝对值随温度升高而升高(图贴在了上面）？用公式|ΔG|=|-RT ln(K)|理解的话，US结果我虽然觉得很奇怪，但似乎与brute并不必然矛盾？

fhh2626

15810593730 发表于 2020-9-6 10:58
前辈，再请教您一个问题。我brute模拟观察到一对儿小分子在水溶液（无冰）环境下的结合是随温度降低而更 ...

由于几何熵的影响，这种情况肯定是温度越低结合态越稳定，你的US计算还没有收敛
另外在远处自由能曲线应该呈一种略微下降的趋势

15810593730

fhh2626 发表于 2020-9-6 14:46
由于几何熵的影响，这种情况肯定是温度越低结合态越稳定，你的US计算还没有收敛
另外在远处自由能曲线应 ...

1）我之前用另一种电荷分布跑了每个窗口20ns的US，结合自由能9kJ/mol都还有±1kJ/mol的涨落，但趋势上仍旧是温度低的、结合能低，所以有此一问。我再试试更长时间的吧。不知道gmx对于伞形采样该如何续跑？sob老师给的一般的续跑命令，是无法续跑US的。另外，前两天又看到一篇刚发表在langmuir的，体系比我的大、窗口时间还就5ns，连PMF曲线都是弯弯曲曲的，竟然能过审稿人这关？
2）我参考了“Barnett GROMACS教程”，进行了“$2+2*K_B*T*log($1)+constant”的熵修正，所以原本略微下降的趋势，在修正后变平了。我觉得这样才更符合“相距较远则无相互作用”的直觉一点？要不修正，感觉曲线走势会有令人迷惑，并且也不好直接计算出结合自由能是多大。

fhh2626

15810593730 发表于 2020-9-6 16:16
1）我之前用另一种电荷分布跑了每个窗口20ns的US，结合自由能9kJ/mol都还有±1kJ/mol的涨落，但趋势上仍 ...

不太清楚gmx是怎么做的，一般做自由能计算建议连接Colvars或者Plumed模块
也许那个自由能计算在文章中并不重要，只是捎带算了下

自由能不是衡量相互作用的指标，显然在没有相互作用的情况下距离越远熵越有利，我是不太同意因为某些原因去“校正”一个原本正确的自由能曲线的，当然这是见仁见智的事情，很多情况下目标期刊的读者和审稿人并不是物理化学的专家
对"校正"过后的自由能曲线进行积分是计算不出正确的结合自由能的，除非把熵贡献再乘回去

15810593730

搜到了您之前的回答：http://bbs.keinsci.com/thread-17999-1-1.html，才知道这个模块，我去多了解一下。

按照ΔG=ΔH-TΔS，是像您说的那样，距离越远，状态数就越多、熵越大，越利于分子处在远距离的位置上（PMF值随距离增大而减小）。由热二得到的吉布斯自由能描述过程的自发性与方向性，跟相互作用是有区别的。一看曲线平了，不自觉地，就跟相互作用错误地等价了。谢谢您的耐心引导~