常见的可极化力场

NEMO：NEMO势能函数由静电、感应、色散和斥力项组成。

感应分量是用感应点偶极矩和最近增加的感应点四极矩来建模的。以前由原子电荷和偶极子表示的静电，也被扩展到包括原子四极矩，导致对甲醛的显著改善。原子多极矩现在用LoProp程序从从头计算得到。LoProp声称提供原子多极和原子极化性，与其他方法(如DMA)相比，它们对基组的敏感性较低。此外，NEMO是唯一一个探索永久多极和涉及高阶超极化的高阶诱导多极之间相互作用的可能性的力场。

NEMO已经证明了其准确描述小系统中分子间和分子内相互作用的能力。它对生物大分子的适用性尚不清楚。

CHARMM-Drude：除了感应偶极子模型外，经典的Drude振子模型是另一种常用的极化效应建模方法。与用点偶极子来处理极化响应的感应偶极子模型不同，Drude模型用一对点电荷来表示极化中心。每个非氢原子的点部分电荷通过谐波弹簧拴在一起。这种点电荷(Drude振荡器)可以与静电环境发生反应，引起局部电子密度的位移。原子极化率取决于Drude粒子电荷和简谐力常数。在MD模拟中，通过允许Drude粒子动态移动并承受非零力，使用扩展拉格朗日量来评估极化响应。小的虚拟质量被分配给每个Drude粒子，并且独立的低温恒温器应用于Drude粒子的自由度。在能量最小的情况下，需要自洽迭代求解极化。

确定Drude振荡器的静电参数不像确定感应偶极子模型那样简单。分配给Drude粒子的质量是根据经验选择的。原子电荷和极化率的值需要对扰动ESP图进行一系列计算。在QM/MM方法中，还尝试将基于drude的极化力场与量子力学相结合。本文指出，为了利用极化力场获得精确的小分子水化自由能，需要对特定的vdW参数。这可能是由于用于计算不同原子之间的vdW相互作用的组合规则存在问题。

Drude模型已在CHARMM和NAMD封装中实现，其计算成本约为固定电荷CHARMM的1.2-1.8倍。

CHARMM-FQ：波动电荷模型(FQ)，又称电荷平衡或电负性平衡模型，是一种计算分子中电荷分布的经验方法。在这种形式中，允许每个原子上的部分电荷改变以适应不同的静电环境。可变部分电荷是通过最小化给定分子几何形状的静电能来计算的。与感应偶极子模型和Drude模型相比，波动电荷模型参数化程度最低，并且更容易实现，因为极化率是诱导的，而不会引入点电荷以外的新相互作用。扩展拉格朗日迭代法和自洽迭代法都可以用来计算MD模拟中的波动电荷，它们的优缺点如上所述。已在CHARMM软件包中实现。

X-Pol：基于片段的电子结构理论与分子力学力场相结合，与传统力场不同，X-Pol不需要键拉伸、角度和扭转项，因为它们是由量子力学显式表示的。对碎片间的极化和电荷转移也进行了量子力学评价。此外，X-Pol可以用来模拟化学反应。在X-Pol中，大分子体系被分成小片段。利用电子结构理论处理碎片内部的静电相互作用。利用量子力学和分子力学(QM/MM)相结合的方法描述碎片间的静电相互作用。此外，由于忽略了电子相关和交换排斥，在碎片间相互作用中增加了一个vdW项。采用双自洽场(DSCF)过程对系统的总电子能量和碎片内的能量(包括互极化效应)进行收敛。X-Pol的计算效率介于简单的经典力场和完全从头计算方法之间。

PFF：基于从头算量子理论建立了极化蛋白力场。静电相互作用用感应偶极子和永久点电荷来模拟。除色散参数外，其他参数，包括静电荷和极化率，都是通过拟合同型二聚体的量子化学结合能计算得到的。然后通过拟合有机液体的实验密度来细化分散参数。气相多体效应，以及构象能，可以很好地再现，而且对真实蛋白质的MD模拟在适度的计算成本下是相当准确的。为了降低计算成本，提出了一种二阶相互作用模型极化力场(POSSIM)，其中感应偶极子的计算在一次迭代后停止。通过使用这种形式，计算效率几乎可以提高一个数量级。由于解析梯度(力)是不可用的，蒙特卡罗技术被用于凝聚相模拟。POSSIM在选定的小模型系统上进行了验证，结果与从头算量子力学和实验数据吻合良好。丙氨酸和蛋白主干的参数已报道。离子液体的极化力场也提供了精确的热力学和输运性质。