二、分子力场

力场将总势能分解为键合项和非键合项：
$$E_{total} = E_{bonded} + E_{nonbonded}$$
1. 键合项（Bonded Terms）
键长伸缩能：
$$E_{bond} = \sum_{bonds} \frac{K_r}{2}(r - r_{eq})^2$$
- 谐振子近似，K_r为力常数，r_eq为平衡键长
键角弯曲能：
$$E_{angle} = \sum_{angles} \frac{K_\theta}{2}(\theta - \theta_{eq})^2$$
- 谐振子近似，K_θ为力常数，θ_eq为平衡键角
二面角扭转能：
$$E_{dihedral} = \sum_{dihedrals} \sum_{n} \frac{V_n}{2}[1 + \cos(n\phi - \gamma)]$$
- 傅里叶级数展开，V_n为势垒高度，n为周期性（旋转对称性），γ为相位偏移
2. 非键合项（Nonbonded Terms）
静电相互作用（Coulomb）：
$$E_{electrostatic} = \sum_{i<j} \frac{q_i q_j}{4\pi\varepsilon_0 r_{ij}}$$
- q_i, q_j为原子电荷，r_ij为原子间距离
- 长程相互作用，通常使用截断（cutoff）或PME（Particle Mesh Ewald）方法处理
范德华相互作用（Lennard-Jones）：
$$E_{vdW} = \sum_{i<j} \varepsilon_{ij}\left[\left(\frac{\sigma_{ij}}{r_{ij}}\right)^{12} - \left(\frac{\sigma_{ij}}{r_{ij}}\right)^6\right]$$
- ε_ij为势阱深度（相互作用强度）
- σ_ij为势能为0时的距离（原子"半径"）
- r⁻¹²项：短程排斥（电子云重叠）
- r⁻⁶项：长程吸引（London色散力）
3. 常见力场
AMBER：
- 开发：UC San Francisco (Peter Kollman, David Case)
- 特点：广泛用于蛋白质和核酸，参数基于量子化学计算和实验数据
- 版本：AMBER94/99/03/14/19, ff99SB-ILDN, ff14SB
- 优势：蛋白质力场准确，参数优化充分
CHARMM：
- 开发：Harvard University (Martin Karplus)
- 特点：全面覆盖生物大分子（蛋白质、脂质、核酸、糖类）
- 版本：CHARMM22/27/36/36m
- 优势：脂质膜和膜蛋白模拟表现出色
OPLS-AA：
- 开发：Jorgensen Lab (Yale University)
- 特点：液态模拟和蛋白质模拟兼顾
- 版本：OPLS-AA/L, OPLS3/3e
- 优势：有机小分子参数丰富
GROMOS：
- 开发：van Gunsteren Lab (ETH Zurich)
- 特点： united-atom 表示（减少计算量）
- 版本：GROMOS43A1/53A5/54A7
- 优势：计算效率高，适用于大规模体系
力场选择原则：
- 蛋白质模拟：AMBER ff14SB/ff19SB, CHARMM36m
- 膜蛋白模拟：CHARMM36, Slipids
- 小分子/药物设计：OPLS3/3e, GAFF2
- 大规模体系：GROMOS, MARTINI（粗粒化）