可生成任意聚合度线形聚合物结构、拓扑以及电荷的在线程序

王纪峰

摘要：在含有聚合物的分子动力学模拟中，用户常常面临着高聚合度的聚合物结构搭建复杂，原子电荷赋予困难，难以构建非均聚物等问题。在这里，我们提出了一种基于原子编辑、节点矩阵以及邻接矩阵的聚合物生成方法，可生成任意聚合度线形聚合物结构（.pdb，.mol2，.xyz）、拓扑文件（Gromacs的.itp，.top）以及RESP电荷的在线程序。并且将其集成在了课题组开发的在线平台中（https://arxiv.org/abs/2507.04423）（https://cleanenergymaterials.cn），用户仅需要选择生成聚合物的类别（均聚物、嵌段共聚物、交替共聚物、无规共聚物），并且输入每个组分的SMILES式以及重复单元数量，即可进行生成。平台同时也集成了基于组分贡献法预测用户输入的聚合物性质（Tg，Tm，拉伸强度、杨氏模量与静态介电常数）。


使用方法：
（1）首先进入CEMP平台的聚合物模块（https://cleanenergymaterials.cn/polymer/generate_polymer_display），然后按照下图按顺序填写内容。

其中需要特别注意的是，组分的SMILES必须含有明确的键接位点，例如对于乙烯基片段，应该写成 (论坛似乎打不出来这个“方括号+星号+方括号”)，而非CC，如果不按照要求，则会报错。
这种SMILES的获取方式可以通过chemdraw绘制，如下图所示：

绘制后，框选分子，右键——molecule——copy as——SMILES，即可将分子复制到黏贴版上
除此之外，还需要注意Name必须由“英文字母”，“下划线”，“数字”构成（或者只包含英文字母），如果只使用数字，则可能产生不识别的问题。

用户初次体验时，可能存在对“带有键接”位点的SMILES了解的不够准确，导致写入错误的键接位点，平台提供了SMILESDrawer功能，能够快速帮助用户查看自己绘制的SMILES是否符合预期
SMILESDrawer：https://cleanenergymaterials.cn/autocompute/smilesdrawer


（2）填写完毕后，用户可以点击“Predict Polymer”按钮进行初步性质预测（未上线，已接受，Chin. J. Polym. Sci.  https://doi.org/10.1007/s10118-025-3402-y），也可以直接点击“Generate Polymer”开始聚合物生成。
值得注意的是，聚合物生成相对较慢，因为会调用结构优化对组分片段进行初步优化（b3lyp/6-311G** em=gd3bj scale=0.9682）并且生成计算RESP所必须的量子化学检查点文件，所以首先会返回任务的ID号，用户此时可以等待任务完成，任务完成后会发送提醒邮件到用户的注册邮箱中。

（3）任务完成后，进入Query查询界面（https://cleanenergymaterials.cn/query/），上进行查看任务进度，任务完成后，将任务的TASK ID输入到上方搜索框中，并提交。

此时会返回绘图文件的下载链接。

（4）其中第一个链接为用户填写的表格，第二个链接为生成的聚合物的结构和拓扑文件：

查看生成的效果：

查看给出的itp以及top文件


注意事项：
1.        拓扑文件的生成基于sob老师开发的Sobtop实现，力场为GAFF（暂时不支持更改）。
2.        目前仅支持生成适配Gromacs的itp以及top文件。
3.        RESP电荷计算基于Multiwfn实现，需要引用Tian Lu, J. Chem. Phys., 161, 082503 (2024) DOI: 10.1063/5.0216272
4.        需要引用CEMP平台https://arxiv.org/abs/2507.04423

archer

进入网页，为什么点击不了generate polymer

yuzc

王博，太好用了。诸如CMC-阴离子，聚离子液体等结构的无规共聚也能完全重现出所需要的partial charge。对称共轭位置上也是相等的电荷和同样的力场类型。
此外我完全同意楼上的一个建议，就是给出选项不计算电荷或给出快速的MMFF94电荷，同时保留RESP电荷计算时的大基组，高标准高精度。

白也

今天简单使用了一下，挺不错，有几个问题和建议：
1. 今天试的两个例子均出现了原子净电荷不为0的问题，1400左右原子大概会有5个电荷的偏差；
2. 可以添加个选项，不进行原子电荷计算，只输出结构（考虑到有些用户可能只需要结构），这样会降低不必要的机时消耗；
3. 考虑到聚合物这么大的体系，体系优化也没必要使用6-311G**这么大的基组，一般的6-31g*其实就可以，orca中的B97-3c方法是一个很好的选择，或者是xtb的GFN0-xTB方法。
最后，感谢大佬耗费精力做的网页

牧生

gAAAAABo9YWvPKeeu0Woyjb1k5FG9gSi9scycKWyiETrnhqI_D5CUeEZ7h49TszCUccE1tmLRQn5j89Y8tyYpPIbVO6IWRjmz8J0KUvalfOBbFvlFJv4LYdjFl9jDubYh0RqBm8MGKZbZ7GoW1RpkBDT1-HE6J49H5lupV0mL9xUYplSSNNyYLizJ-7iCAQHEPeFNsX378V*So9rm8K3XC6AyZyQL9OWlYm_z6j1_arJcz13-oBgKAKXPRBPT1CPZjq_lFzAYAC-oGBD4olrSbOcFhyRhvKBi_ZOKbjVlzLUw7fSlzG6wZENRJEeJr5Z0C8yfTCpMtKHBIpKWuLCELOs6GLZDoycAaF1k_KGUM8_3A7H9IhP-uwPEpKnr-fL6118suHWf0itGCmUpPAMrvCPuCMmevduo8-VcKpeaJB_An2eqv7AvNiJgkYSMRlzh0PujbSCv8Ue


请帮忙看一下，近日发现生成的聚合物的总电荷不太对劲。。

如上是我用9个不带电的丙烯酰胺和带1个带-1电荷的丙烯酸得到的无规聚合物，但是得到的总电荷为 +7.460962

zhouhaifan

Xexhauster 发表于 2025-10-9 17:20
求助 status显示success后，下载的all_results.zip里是空的，这是为什么
gAAAAABo53PsIAsBSiZgcwmhXKarzCL ...

我也是今天下午提交的，状态显示成功了，但是下载出来显示是一个空的

Xexhauster

求助 status显示success后，下载的all_results.zip里是空的，这是为什么
gAAAAABo53PsIAsBSiZgcwmhXKarzCLdX5Y288tU3hV4VL4lqQ5qQ1ax_9_k4mFZDN8x4aGk5ZYf5YpVmnsOIbwBVEyic0hpe7Uf6DorAloKo_q1E7cXRUBzTc8s-eVlEIz30AH-GTmi1J3AWDb7y7PFsQ1gA8vWbUboYU2sVu0X9kSUDYJY29LDhAXWBTg8NnbInS1i91IupHB1BSjvW7NRmGUzHYMM_Qp8eJhwgYQyQCjZNnQDDfTDRjW7M4yZIk7l9Hq5oFEQ3cHEUcabZ93MinP3nOwiqwZHLL0wtVRza8mls7fr7C3GYB1HQNvzJHcE9jTSb81cGQBP2f1LerMuX0NIXcNulJVx1x4wnT42vf0z0R_URe3B77wCsIzg5QULGCna6BZvV-x4dS3ITOCO80D-irho5tGXCjPuE_i6M72WkVKOQD8=

milk_q

求助一下，我的taskIDgAAAAABoypz9Mwgn8atgRX9YmKL0afOtvxQHWumwamrKuZgsil3hXFZaHCNnAhwGNP9NCULt3vicJV2H4AllWIr5J-ltoX495HuYKKlvSD8abpEgzCk4eRqaANlIuhnh_Cmk-LZ-PAVwNKGN_PJBTqqSmU6PFvo_YJhmYc5bci9FH3hjTkR03xEJ92AnbbFZQe1OnDVJjJm4Ik9C3pDNaqhOV_vgwFwco3ESvyrztrVwxbzwoUD2Kufkz6pO-YMYBRmO2EArrub18uRFSqMXESgATV-XEE811MyXxb8IMIssyKjNBWPEpwoL6QauByn4mdM-JS4k5BkZ7_6Mgbf2HVkwwqvLzgd5GDLqwrxyWDkCyWtb6RyRr3p4UHoSIdKqmMYBukjB5w808M8Qk-PnseJCqy73oxNHBg3C3TgL6p45LJ_syP7c7G_8oX5iOrRx3v25TcRUpZBU，9.17的，还是显示Task is still processing. Please check again later.是怎么回事

牧生

gAAAAABoxQ1i4DcWFWyuLdqYnqomWRpp7IZxOPFpV5GuM_nL9paGf6Obkp9Tb0BBN8aH_i5XKOQGO_3ZBmhuveV_WuYxnJxM9eCBiDljq-YUhY4R1JE-nRCynyOFzSReb2MbcVDFiygwI82F1_rs4X7PllxgVh7fMvVy0LrSxjmSFdZgTITRr6rMGHBbGEcUUmh4-FT6lsUPmICE0toLBtiUTnaE0ivz4nFbYa2HMg_iCscjxRsfsiwd17fj20355lKC9_HLusSYPr4CwZPkL9hAGje9PAl9s6MGQ28Tyb51bBIYw0wfHOuSJ0bn2qrdzNDxO8OwimMF_Gw09iYyMx4nR59GK87pcqliPpI4KLD1lX80Rai9nlBkDvFrdW4-a5YBiVBZUTCRM4d-GnidalzXPCQjUcyd3w_f1nJFIjX9UB1R1G-zxSh0JWT3aBqhSw3Umxwg7S02


请帮我看一下这个嵌段聚合物，是PEG和甲基丙烯酸二甲胺乙酯的嵌段物，但是最终的总电荷不为0，这是为什么呢

如果重复单元数更多，将导致电荷偏离0更多。

ljh123

期待适配lammps

2788155831

王纪峰 发表于 2025-8-29 16:09
麻烦发一下任务ID号哈，需要ID号才能定位有问题的任务

不好意思哈, 任务ID是gAAAAABor8ESM8Ti9PLbew1bpwBowA71DnsD_h5g6kQiE5SKYUonG9JyAUpAnjGv01_EbcgWT22-1qhLaHAfzoAhYHmkbdP-_rhhCij3ZbBXwd7odrc3yelKnJvA9UrQ9EQiOoE2zhaVHqnzGC7JsiRdZEq7Qm5s9EteUWzEOgJI1MEaE8Ho8BzAEa6GvfqleePIYitv_v1fdL23cIuk7qLSRBV3iLpTZTLTGQ7oobvD7gJJcjSlDGVtZU9iiltdhEOjiK5zdrM7Cm8AtfOCpk6snkJKDrO2P5w7Vk-7m5KpyUG8biPpuDeeVmDXt2U-kObO5akDwnRbFV5CRcoBo7ky7OVVAunaBLOR3I6246xAYya8QQkfY0gnurPH-x3JOU4QYEtGDDe2P3F4RxTBSzCXeijxWrsk3-uL8JK9SXluHuL9CvS7X-c=

王纪峰

牧生 发表于 2025-8-30 10:53
现在返回的所有的分子，都叫做MOL。能不能把每个不同种类的单元，自己去指定一个残基名，比如丙烯酰胺和丙 ...

可以的，这个从算法上来说不难修改，近期就会修改，上线了通知您一声。

牧生

现在返回的所有的分子，都叫做MOL。能不能把每个不同种类的单元，自己去指定一个残基名，比如丙烯酰胺和丙烯酸共聚物，可以让我指定让残基名叫做PAM和PAA，而不是统一都叫做MOL。

王纪峰

2788155831 发表于 2025-8-28 11:57
大佬,请问这是什么问题呢
SMILES:CC(C(OCCOP(OCC[N+](C)(C)C)([O-])=O)=O)(

)C

,均聚, 聚合度10,名称 ...

麻烦发一下任务ID号哈，需要ID号才能定位有问题的任务

王纪峰

sarphuart 发表于 2025-8-28 12:39
请问羧基带电均聚物能生成带整数电荷的拓扑文件吗

完全可以的，程序设计之初完全考虑了带电问题，您只需要在chemdraw中绘制带电位点然后转化为PSMILES即可