MLIMC: Machine learning-based implicit-solvent Monte Carlo

蒙特卡罗方法 溶剂化 计算机科学 溶剂模型 隐溶剂化 分子动力学 溶剂 统计物理学 计算化学 算法 化学 物理 数学 有机化学 统计
作者
Jiahui Chen,Weihua Geng,Guo‐Wei Wei
出处
期刊:Chinese Journal of Chemical Physics [Chinese Physical Society]
卷期号:34 (6): 683-694 被引量:11
标识
DOI:10.1063/1674-0068/cjcp2109150
摘要

Monte Carlo (MC) methods are important computational tools for molecular structure optimizations and predictions. When solvent effects are explicitly considered, MC methods become very expensive due to the large degree of freedom associated with the water molecules and mobile ions. Alternatively implicit-solvent MC can largely reduce the computational cost by applying a mean field approximation to solvent effects and meanwhile maintains the atomic detail of the target molecule. The two most popular implicit-solvent models are the Poisson-Boltzmann (PB) model and the Generalized Born (GB) model in a way such that the GB model is an approximation to the PB model but is much faster in simulation time. In this work, we develop a machine learning-based implicit-solvent Monte Carlo (MLIMC) method by combining the advantages of both implicit solvent models in accuracy and efficiency. Specifically, the MLIMC method uses a fast and accurate PB-based machine learning (PBML) scheme to compute the electrostatic solvation free energy at each step. We validate our MLIMC method by using a benzene-water system and a protein-water system. We show that the proposed MLIMC method has great advantages in speed and accuracy for molecular structure optimization and prediction.

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