Cellulose-Builder

2.9. Cellulose-Builder#

一个生成纤维素晶体的脚本工具——Cellulose-Builder

2.9.1. 简介#

  • Cellulose-Builder 是一个 bash 脚本，可以在任何类 Unix 平台上运行，由坎皮纳斯州立大学(UNICAMP)斯卡夫化学研究所开发。该程序可以构建不同尺寸和几何形状的纤维素晶体结构，为指定纤维素结构的所有原子生成笛卡尔坐标，适合用作分子动力学模拟和其他计算中的起始结构。

  • 从作者的发布网站下载需要梯子。(https://code.google.com/archive/p/cellulose-builder/downloads)

  • 这里提供下载好的版本作为参考和学习：>>百度网盘<<

2.9.2. 软件依赖#

该程序的运行依赖于三个程序包：

  1. octave

  2. VMD

  3. psfgen

下面以Debian系统为例，展示Cellulose-Builder的配置及使用。（如果你是Ubuntu，那么同样适用，如果你是Red Hat系，替换一些必要命令即可）。

首先移动到工作目录，下面的所有软件都安装在工作目录中，这里我的工作目录为账户主目录（/home/youraccountname）, cd ~

2.9.2.1. octave#

octave 是一种编程语言，用于工程、科学计算，在这里用于建模过程中的数值计算。在Debian系统中可以使用以下命令安装：sudo apt-get install octave

2.9.2.2. VMD#

VMD 是一款专门用于可视化分子模拟的软件工具，在官网注册登录即可免费下载。选择Linux平台最新版本下载即可，例如：

【Version 1.9.4 LATEST ALPHA (2022-04-27) Platforms:LINUX_64 (RHEL 7+) OpenGL, CUDA, OptiX RTX, OSPRay (Linux (RHEL 7+) 64-bit Intel/AMD x86_64 SSE/AVX+ with CUDA 10, OptiX6.5 RTX, OSPRay)】

将安装包“vmd-1.9.4a57.bin.LINUXAMD64-CUDA102-OptiX650-OSPRay185.opengl.tar.gz”移动到工作目录解压安装：

tar -xzvf vmd-1.9.4a57.bin.LINUXAMD64-CUDA102-OptiX650-OSPRay185.opengl.tar.gz
cd vmd-1.9.4a57
./configure LINUXAMD64
./configure
cd src
make install

2.9.2.3. psfgen#

psfgen 是一种在分子模拟和建模中广泛使用的工具，特别是在处理蛋白质和其他生物大分子的结构文件时。它主要用于生成和修改分子动力学模拟所需的文件，特别是PSF（Protein Structure Files，蛋白质结构文件）和PDB（Protein Data Bank，蛋白质数据库文件）文件。由于NVMD中包含了该程序，因此安装NVMD即可。选择Linux平台cuda版本，例如：

【Version 3.0 (2024-06-14) Platforms:Linux-x86_64-multicore-CUDA (NVIDIA CUDA acceleration)】

请使用CUDA版本的NAMD中的psfgen，否则运行时可能无法生成.psf和.pdb文件。将安装包“NAMD_3.0_Linux-x86_64-multicore-CUDA.tar.gz”移动到工作目录解压即可：tar -xzvf NAMD_3.0_Linux-x86_64-multicore-CUDA.tar.gz

2.9.3. 解压安装#

将提供的“cellulose-builder_July_2013.zip”复制到工作目录，解压缩即可：unzip cellulose-builder_July_2013.zip

最后，还需要将所有依赖软件的可执行文件放在PATH中，以便程序调用。主要是将psfgen添加到PATH变量中.

编辑文件.profile文件: vim ~/.profile

在文件末尾添加一行文本: export PATH="$PATH:/home/zz/NAMD_3.0b6_Linux-x86_64-multicore-CUDA/"

刷新shell环境: source ~/.profile

检查是否可以运行:

cd cellulose-builder_July_2013
./cellulose-builder.sh

对于VMD和NVMD的下载注意：

  1. 如果你的Linux安装了可是化桌面，直接使用浏览器下载安装包即可。

  2. 如果你使用的是Windows平台的WSL，使用Windows的浏览器下载即可。

  3. 如果你是纯命令行的Linux，首先在另一台可登录网页的设备上注册登录下载，然后在下载界面右键复制获取下载链接url，再使用wget命令即可在命令行中下载：wget \<url\>

2.9.4. 使用命令#

cellulose-builder 接受以下三种指令输入：

./cellulose-builder [integer] [integer] [integer]
./cellulose-builder fibril [integer]
./cellulose-builder origin|center|monolayer [integer] [integer]

第一个生成平行六面体纤维素晶体：用户必须提供三个整数，分别代表每个晶轴上的晶胞复制重复的数量（及链的层数、每层链数、每条链的纤维二糖数）。前两个整数必须大于1，而最后一个整数必须大于0。例如下面的指令将会生成一个(2*2-1)=3层纤维素平面，每个纤维素平面由4（或3）条纤维素单链构成，每个纤维素单链包含3个纤维二糖的平行六面体晶体： ./cellulose-builder.sh 2 4 3

第二个形成36链纤维素原纤维：必须提供字符串fibril作为第一个参数，同时提供一个大于0的整数作为第二个参数，代表每个纤维素链中纤维二糖的数量。

第三个生成单层的纤维素平面：必须输入origin或center或monolayer作为第一个参数，然后输入两个大于1的整数，分别代表单层中包含的纤维素链的数量和每条链中纤维二糖的数量。其中origin的纤维二糖为I-beta构象，center为II-beta构象，monolayer为I-alpha构象。

2.9.5. 输出#

输出：成功运行命令会得到一个名为crystal的文件夹，里面包含：crystal.pdb, crystal.psf, crystal.xyz, psfgen.sh, psfgen.log；其中.pdb, .psf, .xyz是相应的结构文件，另外两个是程序运行过程中生成的。

2.9.6. 自定义#

其它自定义：cellulose-builder还支持构建多种类型的结晶纤维素，可以通过编辑输入文件input.inp来控制。input.inp内容如下：

PHASE=I-BETA   # Accepted values are: I-ALPHA , I-BETA , II , III_I .
PBC=NONE       # Accepted values are: NONE (default), A , B , ALL .
PCB_c=TRUE    # Accepted values are: FALSE , TRUE .

  1. PHASE 为可选的纤维素构象。

  2. PBC 控制平移对称性：即是否沿晶体学方向a、b构建具有平移对称性的微晶，使其暴露不同的晶面。

  3. PCB_c为纤维素链周期性共价键设置：PCB_c=TRUE 表示启用周期性，此选项将阻止在链末端添加 H 和 OH 原子，使纤维素链末端能够与相邻的周期图像形成糖苷键。PCB_c=FALSE 表示纤维素链不会周期性地与相邻图像共价键合，每条纤维素链都带有一个额外的水分子（一个 H 原子在一个末端，一个 OH 基团在另一个末端）。

2.9.7. 拓展阅读#

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