更新Materials Studio2020版，此软件主要用于模拟和建模材料，由BIOVIA（以前称为Accelrys）开发并发行。BIOVIA是一家专门从事计算化学、生物信息学、化学信息学、分子动力学模拟和量子力学研究软件的公司。该软件被大学、研究中心和高科技公司用于各种材料的高级研究，例如聚合物、碳纳米管、催化剂、金属、陶瓷等。

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网址：https://www.abestway.cn/

北京时间10月3日下午，诺贝尔基金会宣布将2018年的诺贝尔化学奖授予Frances H. Arnold教授、George P. Smith教授、以及Gregory P. Winter爵士，以表彰他们成功驾驭演化的力量，造福人类。奖项的一半授予美国科学家阿诺德(Frances H. Arnold)，表彰她实现了酶的定向演化；另一半授予给美国科学家史密斯(George P. Smith)和英国科学家温特(Gregory P. Winter)，表彰他们实现了多肽和抗体的噬菌体呈现技术。

工欲善其事，必先利其器。化学家也一样，他们在研究酶和蛋白质的时候，首先要把它们用三维的方式表达出来。

达索系统的BIOVIA就是化学家们常用的武器。BIOVIA的前身是Accelrys。

生物分析、药物发现、毒理学、疾病诊断和监测、食品安全等都极大的促进了蛋白质组及代谢组学的发展。但这也给研究者在获取和处理数据上提出了更高的要求。

Pipeline Pilot拥有众多的数据分析模拟，如蛋白质谱分析模块、序列分析模块、R统计模块。并能够自由组合成为工作流，提高研究者对蛋白质组学数据的分析、管理和共享能力。

 1、蛋白质谱分析模块

Mass Specfor Proteomics模块提供了一系列对基于生物质谱的蛋白组数据处理工具，可以对来自质谱实验的数据进行读入、输出、显示、处理、分析、比较和发布。可以和Sequence Analysis和Gene Expression模块进行连用做其他实验数据的分析以及生物标记的识别和验证。

 2、序列分析模块

实现对蛋白质和核酸的序列的注释和特征分析，序列搜索和比对，产生引物和扩增子，siRNA设计，发现限制性酶切位点等功能。同样，本模块可以通过Java和Perl建立新的组件来扩展系统功能，或通过与EMBOSS整合而实现功能的扩展。

 3、 R统计模块

RStatistics模块能对数据进行深入细致的分析，创建内容丰富、清晰直观的分析图表，帮助您做出合理的决策。R统计模块包含的组件能够实现数据操作、聚类、学习，以及一些传统和探索性的数据分析方法，其统计引擎来自于在公共领域广泛应用的R统计学软件包。R统计学软件包中的数据统计和分析方法被无缝连接到PipelinePilot数据流程中，用户可以直接调用其组件而无需编写R脚本语言，所获得的输出结果可以直接用Pipeline Pilot工作流程中的其它组件进行分析。本模块中主要的学习方法有偏最小二乘法，神经网络和支持向量机等。R脚本语言编写的组件同样可以直接整合到Pipeline Pilot中，从而扩展R模块中的组件功能。

酶是自然界经过长期进化而产生的生物催化剂。它能在温和条件下高效专一地催化某些化学反应。正是它们的存在，确保了生物体内化学反应可以在常温，常压条件下进行。具有非常广阔的应用前景。而在近几年的国内外研究中，把分子模拟应用于酶领域成为了一个热门，研究手段也日益成熟。

应用模块：

Homology Modeling、Molecular Docking、Molecular Dynamics、QM/MM、ZDOCK/RDOCK、Protein Design

Arnold博士于1986年加入加州理工学院，曾担任客座副教授、助理教授、教授和主任。她的实验室侧重于通过定向进化开展蛋白质改造，应用在替代能源、化工和医学方面。

Arnold博士可真的是不简单，曾获得众多荣誉，包括进入美国发明家名人堂(2014)、美国发明家科学院院士(2014)、ENI可再生能源和非常规能源奖(2013)、美国国家技术与创新勋章(2011)以及美国国家工程院的Charles Stark Draper奖(2011)。她当选为美国三个国家研究院(科学院、医学院和工程院)以及美国艺术与科学院的院士。

用酶来催化有机反应并不新鲜，Frances Arnold教授堪称这一领域内的“女神”级人物。她课题组2016年一篇“酶法构建C-Si键”的Science工作，让不少人惊呼构建“硅基生命”终于成为可能。

就在今年，她的团队已经制造出一种细菌，可以制造出小型但充满能量的碳环，这些碳环是制造其他化学物质和材料的有用材料。这些“戒指”本来是特别难打造的，现在可以像啤酒一样“酿造”了。

以下是一篇她的团队用BIOVIA作为工具，来表达分子式的文章。

Comparison of random mutagenesis and semi-rational designed libraries for improved cytochrome P450 BM3-catalyzed hydroxylation of small alkanes

随机诱变和半合理设计库比较改良细胞色素P450 BM3催化小烷烃羟基化

摘要：三种半合理方法，使用还原氨基酸组的组合位点饱和诱变（CSSM）和基于C^orbit的两个库和针对多达10个活性位点残基的CRAM计算设计算法，用于改造细胞色素P450 BM3去甲基化二甲基醚和羟基丙烷和乙烷。与随机诱变文库和靶向相同残基的单个位点饱和库相比，这些小库（343-1028变体）在功能和最大活性部分方面都得到了丰富。尽管平均氨基酸取代水平高达2.6,5和7.5，但CSSM，C^orbit和CRAM库至少有75％的库成员正确折叠。使用所有三种诱变方法鉴定丙烷 – 和乙烷 – 羟基化P450 BM3变体，具有少至两个氨基酸取代。使用CRAM算法设计的库试图减小结合口袋的大小，产生了更多数量的活性变体和变体，支持最大数量的催化转换。最活跃的变体E32在36％偶联时支持16 800个丙烷转换，其与使用随机和位点饱和诱变10-12轮定向进化后获得的变体的活性相媲美。该研究中没有变体实现了先前通过多轮诱变和筛选获得的丙烷羟化（包括93％偶联）的完全再特化。然而，这些半合理方法允许序列空间中的大跳跃到具有所需功能的变体。

烷烃羟基化反应

P450乙烷和丙烷羟基化反应在可加压的96孔反应器（Accelrys，USA）中进行。总体积为0.5ml的反应通常含有20-40μl过滤（2μm）粗细胞提取物或浓度为50-200nM的纯化蛋白，以及由20mM DL-异柠檬酸三钠盐组成的NADPH再生系统，400μMNADP+和0.5U /ml异柠檬酸脱氢酶在烷烃饱和的0.1M磷酸钾缓冲液中。用烷烃将反应器顶部空间加压至30psi，并将反应在4℃下搅拌至少20小时。加入15μl5MHCl淬灭反应，并用75μl1M磷酸钾缓冲液（pH8.0）中和。通过离心除去沉淀的细胞碎片和变性蛋白质后，将1-戊醇作为内标添加到反应混合物中，并通过气相色谱法用火焰离子化检测器测定醇产率。

Congratulations to Frances, Georgeand Gregory!

由 3DEXPERIENCE® 平台支持，达索系统的BIOVIA可提供全球协作产品生命周期体验，以此改变科学创新。

行业领先的 BIOVIA 产品组合致力于集成整个研究、开发、QA/QC 和制造过程中的科学、实验流程和信息要求。功能包括科学数据管理；小分子、生物制剂和材料建模和仿真；化学和生物信息学；系统生物学和一体化治疗学；协作网络研究；科学流水线技术；企业实验室管理；法规和质量管理；流程知识和协作以及化学品库存管理。

BIOVIA Materials Studio®是一个全面的材料科学建模与仿真平台，通过预测材料原子和分子结构与其属性和行为之间的关系，助力材料和化学研究人员开发新材料。不同行业的研究人员均能借助Materials Studio开发各类性能更优异的新型材料，包括药物、催化剂、高分子和复合材料、金属与合金、电池与燃料电池、纳米材料等。

了解更多Biovia产品信息。

Materials Studio是迄今最先进、易用的一体化材料虚拟建模和仿真平台。

Materials Studio能够帮助材料科学家获取：

• 虚拟筛选，节省实际测试与实验的相关成本和时间。 

• 助力创新加速，与实际测试和实验相比，能够更快地开发性能更优异、可持续性更强且成本更低的材料。 

• 加深理解，从根本上加深对原子和分子结构与材料属性和行为间关系的理解。 

• 材料信息学，一体化整合实体实验与计算材料学。 

Materials Studio内置量子力学，分子力学，介观模拟，机器学习，统计分析和结晶学等门类齐全的仿真功能。它拥有丰富多样的不同尺度仿真能力，让研究人员能够在各种粒子大小尺度和时间尺度预测材料性能，有效平衡计算时间与计算效率。

Materials Studio CANTERA

Cantera [www.cantera.org]是一种化学反应速率方程求解器。Materials Studio Cantera为化学反应速率的求解提供热力学输入和运行环境。通过Cantera Reaction Editor，用户能够创建新的反应物种和反应类型，并基于Materials Studio DMol³ 获取反应相关信息，并将反应类型、物种、反应速率等信息加入已有反应机理文件中。

Materials Studio CASTEP

Materials Studio CASTEP基于平面波-赝势密度泛函方法，能够模拟包括陶瓷、半导体和金属材料在内的多种材料的固体、界面和表面性质。

Materials Studio DMol³

Materials Studio DMol³基于原子轨道线性组合密度泛函方法，能够模拟有机/无机分子、团簇、分子晶体、共价键晶体、金属晶体和无限表面的电子结构和材料性质。

Materials Studio DFTB+

Materials Studio DFTB+基于紧束缚的半经验密度泛函方法，融合了密度泛函方法准确性和紧束缚方法高效性，能够在较大系统规模上实现量子力学精度的模拟。

Materials Studio NMR CASTEP

Materials Studio NMR CASTEP依据第一性原理模拟NMR化学位移和电场梯度张量。能够进行分子核磁和固体核磁的计算，适用于陶瓷和半导体等多种材料体系。

Materials Studio ONETEP

Materials Studio ONETEP是一款线性标度的密度泛函程序，能在对多达数千个原子的体系进行第一性原理计算。

Materials Studio QMERA

Materials Studio QMERA采用QM/MM量子力学与分子力学杂化的方法，兼具量子力学计算的准确性与经典力学计算的高效率。这种方法能够处理超大体系的关键位点精确计算，大幅度节省计算量。

Materials Studio VAMP

Materials Studio VAMP使用半经验分子轨道方法，能够快速预测分子有机/无机系统的众多物理/化学特性。Materials Studio VAMP是一种理想的居于经典力场方法和第一性原理方法之间的折中。

Materials Studio提供极为丰富的基于原子和分子间经典相互作用的模拟工具，包括分子动力学、晶格动力学和多种蒙特卡洛方法，并提供多种可选择力场。

Materials Studio Adsorption Locator

Materials Studio Adsorption Locator是一款采用蒙特卡罗模拟退火方法搜索吸附质在基底材料上的最低能量吸附构象的工具。

Materials Studio Amorphous Cell

Materials Studio Amorphous Cell是一款采用蒙特卡洛方法搭建复杂无定形模型的工具。

Materials Studio Blends

Materials Studio Blends采用扩展的Flory-Huggins模型估算二元混合物体系相容性，能够处理溶剂-溶剂、聚合物-溶剂以及聚合物-聚合物等体系。

Materials Studio Conformers

Materials Studio Conformers提供构象搜索算法和分析工具，用于表征化分子构象和柔性。

Materials Studio COMPASS

Materials Studio COMPASS是一个功能强大的第一性原理力场，能够精确预测单分子和凝聚态体系的结构，构象，震动和热力学性质，并适用于广大的温度和压力区间。

Materials Studio Forcite Plus

Forcite Plus为周期性和非周期性体系提供分子力学和动力学方法。该工具具备丰富的分析功能，能够预测力学性能、扩散率、局部结构、密度变化、内聚能密度、偶极自相关函数等材料属性。支持力场包括Materials Studio COMPASS、CVFF、PCFF、Dreiding和Universal等。

Materials Studio GULP

GULP是一款用于材料优化、属性计算和动力学模拟的工具。它包含众多针对金属、氧化物、矿物，半导体和共价键系统的专用力场。并提供了专有的力场拟合工具，方便进行力场开发。

Materials Studio Sorption

Sorption为研究吸收和分离现象提供基本属性预测方法，能够模拟吸附等温线和亨利常数。

Materials Studio内的介观模拟基于粗粒化模型，将经典模型中的若干原子视为一个基本结构单元，等效为一个珠子。这类方法能在比经典模拟更大的体系和更长的时间尺度上进行模拟仿真。

MesoDyn

MesoDyn基于动态平均场密度泛函方法，能够在大尺度和长周期范围内研究尤其适用于复杂聚合物系统的相位分离和结构。

Materials Studio Mesocite

Mesocite基于粗粒化模型，能够处理长度尺度从纳米到微米，时间尺度从纳秒到微秒的材料体系。Materials Studio Mesocite能够提供流体在剪切，限制剪切和平衡条件下的结构和动力学特性。

统计学工具将分子特性直接与实验观测量联系起来，是快速筛选化合物的理想方法。

Materials Studio QSAR

Materials Studio内集成的构效定量关系（QSAR）功能可调用大量描述符和高级分析功能，有助于生成高质量的结构-活性关系，它通过构建材料的实验信息（“性质”）和分子水平特征（“描述符”）之间的统计回归模型，进而预测未知材料的性质。QSAR包含有拓扑描述符和电子结构-拓扑描述符在内的多种描述符。并且，内置的Jurs描述符能够评价溶剂表面的电荷分布；内置的VAMP描述符进一步扩大3D描述符的范围，使之能表达电子相互作用。还支持GFA算法，采用先进的基因算法能计算结构-活性间的定量关系。

Materials Studio QSAR Plus

QSAR Plus增添DMol³描述符，能够为QSAR计算反应性指数和基于量子力学的高精度能量指标。此外，还提供神经网络算法，可用于构建非线性模型，并能够提高模型对噪声数据的耐受度，也可用于有缺值的数据集，和用于构建预测多种物理属性的加权模型。

Materials Studio Synthia

Synthia使用先进的构效定量关系（QSPR）方法计算均聚物和共聚物的属性。能够快速筛选具有某些特性的聚合物种类或共聚物配比。

谱图分析和结晶工具用于研究、预测和修订晶体结构和晶体生长。

Materials Studio Morphology

Morphology基于晶体的原子结构预测晶体形貌。Morphology能够预测晶体形状，分析晶面稳定性，开发定制添加剂以及控制溶剂和杂质对晶体形貌的影响。

Materials Studio QSAR Plus

QSAR Plus增添DMol³描述符，能够为QSAR计算反应性指数和基于量子力学的高精度能量指标。此外，还提供神经网络算法，可用于构建非线性模型，并能够提高模型对噪声数据的耐受度，也可用于有缺值的数据集，和用于构建预测多种物理属性的加权模型。

Materials Studio Polymorph Predictor

Polymorph Predictor是一个以力场为基础，采用蒙特卡洛模拟退火法，由给定化合物的分子结构预测其多晶型的工具。能够用于主要由碳、氮、氧、氢构成的有足够刚性的非离子分子或离子分子，在选定空间点群内基于晶格能量极小来搜索可能的分子堆积排列。

Materials Studio Motif

Motif分析分子晶体中的连接信息，为氢键拓扑提供定性定量分析方法。与Polymorph的预测功能结合，Motif能够为预测结构进行结构分类和打分。与剑桥晶体学数据中心的CSD剑桥结构数据库对接后，它能调用Mercury功能。

Materials Studio Reflex

Reflex用于根据晶体材料模型仿真X射线、中子和电子粉末衍射谱图。Reflex Plus为根据中高质量粉末衍射数据判定晶体结构提供了一整套完整软件包。

Materials Studio Reflex QPA

Reflex QPA扩展了Reflex的功能，能够进行物相分析，可根据粉末衍射数据，确定混合物中各个单相（包括无机系统和有机系统）的相对比例。

Materials Studio X-Cell

X-Cell是一种用于中高质量粉末衍射数据的高效率索引算法。X-Cell使用优化的两分法流程穷举搜索参数空间，为所有可能的单位晶格解建立完整列表。

Materials  Studio

BIOVIA MATERIALS STUDIO的主要功能可划分为五类：可视化与统计分析、量子力学和催化、聚合物和经典模拟、结构分析和结晶学、介观模拟。

可视化与统计分析工具

能够对分子、晶体、表面、高分子及介观结构的模型进行构建、复制和查看。

量子力学和催化工具

提供基于密度泛函理论（DFT）、QM/MM、半经验方法的高效软件包。可以得到精确的热力学、动力学和结构性质，为实验提供了有效的辅助手段。

聚合物和经典模拟工具

可以构建和表征孤立链或无定形聚合物的结构。并预测关键性质，包括混溶性和共混性，内聚力和润湿性，机械性能，扩散性和表面附着力。

结构分析和结晶学工具

可以帮助查看、预测、修改晶体结构与晶体生长。可以模拟粒子形态，预测晶体结构并了解多态性，研究表面相互作用以及设计生长介导添加剂。

介观模拟工具

基于粗粒化处理方法，将原子基团等效为珠子。利用该方法可以在远超经典模拟的方法的时间和空间尺度上进行模拟。

Materials  Studio

应用领域

提供了能够进行量子尺度、原子尺度、介观尺度、统计、分析和晶体的全尺度模拟工具。因此在众多领域都有着非常广泛的应用。

达索的BIOVIA系列产品在半导体材料研究领域是独一无二的，它采用了领先的模拟计算思想和方法，如量子力学（QM）、线性标度量子力学（Linear Scaling QM）、分子力学（MM）、分子动力学（MD）、介观动力学（MesoDyn）和耗散力子动力学（DPD）等，为半导体材料的研究（如碳纳米管等）提供分子级别的设计和模拟环境。

        Materials Studio多尺度分子模拟平台是BIOVIA产品的核心功能模块。它可以实现从电子结构解析到宏观性能预测的全尺度科学研究，可以方便地帮助研发人员地建立半导体材料的三维结构模型，并对各种小分子、纳米团簇、晶体、非晶体以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究，得到切实可靠的数据。

        Materials Studio在AMD、英特尔、台积电、三星半导体、意法半导体等多家公司都有成功应用。