面向通用纳米尺度应用的普适 QM/MM 方法

量子力学/分子力学（QM/MM）杂化模型使人们能够在复杂分子环境中处理化学现象。尽管该建模方法能以适中的计算成本应对较大的系统尺寸，但模型往往构建繁琐，且需要手动预处理与专业知识。因此，向新应用领域的可迁移性可能受限，且众多参数不易根据通常稀缺的参考数据进行调节。因此，期望设计具有可控精度的自动化流程，以标准化和黑箱式的方式实现此类建模。尽管针对 QM/MM 模型各组成部分（例如 MM 势、嵌入类型、QM 区域的选择）的构建已建立了多种最佳实践协议，但能协调 QM/MM 模型构建所有步骤的自动化流程仍然稀少。在此，我们综述 QM/MM 建模的现状，重点关注自动化。我们详述 MM 模型参数化、基于原子经济的物理驱动 QM 区域选择，以及将相互极化作为 QM/MM 模型关键组成部分的嵌入方案。鉴于该领域的广泛范围，我们主要将讨论限制在基于第一性原理数据从头构建模型、不确定性量化以及具有高自动化潜力的误差缓解的方法学上。最终，期望能够不受特定化学或技术限制约束，以快速高效的自动化方式建立可靠的 QM/MM 模型。