分子力學 (molecular mechanics, MM) 力場一直以來都是計算化學的中堅力量。這種力場在準確性和速度方面實現了較好的平衡，在生物分子建模和藥物設計中起到不可或缺的作用——從高通量虛擬篩選到高精度的自由能計算。
傳統上，分子力學力場的構建依賴於人為制定的、不靈活的、不可擴展的離散的化學感知規則去實現小分子和生物分子的參數化；而對於參數和感知規則的同時優化設計到離散和連續空間上的同時優化是非常困難的。
紀念斯隆凱特琳癌症中心的王源清等人提出了一種替代方法：利用圖神經網絡去感知化學環境，產生連續的原子表達，繼而產生連續的共價和遠程的參數。由於整個過程都是由平滑的神經函數構建的，這個模型可以實現端到端的可微分，從而使新化學空間的構建和新力場的拓展變得前所未有得容易。
實驗證明，這個框架不僅有足夠的表現力去復刻傳統原子類型、傳統力場，還可以通過任意的損失函數去構建全新的力場，應用在小分子和生物分子上，比傳統力場展現出更優秀的可靠性。如果同時擬合原子電荷，它可以高精度的近似行業標準的 AM1-BCC 電荷。同時訓練得來的力場可以用於高精度的結合自由能的預測。
這個框架被稱為 Espaloma (Extensible surrogate potential optimized by message-passing，這同時是一款由白色龍舌蘭、青檸汁和葡萄柚汽水調製成的帕洛馬雞尾酒的名字）。它被當作開源軟件免費分發。
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圖 1. 概覽。Espaloma 是一個端對端可微分的分子力場參數化模型。
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圖 3. Espaloma 可以產生自洽的小分子和生物分子的力場
經過訓練的 Espaloma 模型可以自洽地產生小分子和生物分子的力場。它可以為蛋白質參數化穩定的電荷和化學鍵強度等，並可以用作穩定的分子動力學模擬。另外，值得一提的是，該框架運行速度非常快速，即使是一個 500 氨基酸的蛋白，參數化的時間也在 1 秒之內，而推理（能量估計）的時間和傳統的分子力場一模一樣。
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圖 4. Espaloma 產生的力場可以用於準確的結合自由能預測。
Espaloma 框架是一個端對端可微分的分子力場構建系統。它的創新之處在於利用圖神經網絡平滑地連續地給原子和化學鍵、角、二面角提供表達和參數，代替了耗時耗力的人工原子分類。訓練後的力場可以用於小分子和生物分子的模擬，精確地描述勢能空間和結合自由能。
紀念斯隆凱特琳癌症中心和康奈爾大學
第一作者，通訊作者。紀念斯隆凱特琳癌症中心和康奈爾大學醫學院博士生。主要從事圖神經網絡在藥物開發的統計和物理模擬領域的應用。
紀念斯隆凱特琳癌症中心
通訊作者。紀念斯隆凱特琳癌症中心教授、康奈爾大學醫學院教授、柏林夏里特醫學院訪問學者。他利用理論手段、計算手段、和自動化實驗手段從事藥物結合、動力學、選擇性的研究。
rsc.li/chemical-science
Chemical Science 是涵蓋化學科學各領域的跨學科綜合性期刊，也是英國皇家化學會的旗艦期刊。所發表的論文不僅要在相應的領域內具有重大意義，而且還應能引起化學科學其它領域的讀者的廣泛興趣。所發表的論文應包含重大進展、概念上的創新與進步或者是對領域發展的真知灼見。發文範圍包括但不限於有機化學、無機化學、物理化學、材料科學、納米科學、催化、化學生物學、分析化學、超分子化學、理論化學、計算化學、綠色化學、能源與環境化學等。作為一本鑽石開放獲取的期刊，讀者可以免費獲取所發表論文的全文，同時從該刊的論文版面費由英國皇家化學會承擔，論文作者無需付費。
Editor-in-Chief
Andrew Cooper🇬🇧 利物浦大學
Associate editors
Vincent Artero🇫🇷 格勒諾布爾阿爾卑斯大學／法國原子能和替代能源委員會
Luis M. Campos🇺🇸 哥倫比亞大學
Michelle Chang🇺🇸 加州大學伯克利分校
Lin Chen🇺🇸 西北大學
Graeme Day🇬🇧 南安普敦大學
Serena DeBeer🇩🇪 馬普化學能轉化研究所
Mircea Dincă🇺🇸 麻省理工學院
Vy Dong🇺🇸 加州大學爾灣分校
François Gabbaï🇺🇸 德克薩斯 A&M 大學
Subi George🇮🇳 賈瓦哈拉爾·尼赫魯高級科學研究中心
Stephen Goldup🇬🇧 南安普敦大學
Jinlong Gong (鞏金龍)🇨🇳 天津大學
Zaiping Guo (郭再萍)🇦🇺 阿德萊德大學
Christopher A Hunter🇬🇧 劍橋大學
Ning Jiao (焦寧)🇨🇳 北京大學
Tanja Junkers🇦🇺 莫納什大學
Hemamala Karunadasa🇺🇸 斯坦福大學
Maja Köhn🇩🇪 弗萊堡大學
Yi-Tao Long (龍億濤)🇨🇳 南京大學
James K McCusker🇺🇸 密歇根州立大學
Thomas J Meade🇺🇸 西北大學
Paolo Melchiorre🇪🇸 加泰羅尼亞化學研究所
Gabriel Merino🇲🇽 墨西哥國家理工學院科研和高級研究中心
Theresa M. Reineke🇺🇸 明尼蘇達大學
Carsten Schultz🇩🇪 歐洲分子生物學實驗室（海德堡）
Dmitri Talapin🇺🇸 芝加哥大學
Toshiharu Teranishi🇯🇵 京都大學
Andrei Yudin🇨🇦 多倫多大學
Malika Jeffries-EL🇺🇸 波士頓大學
* 2021 Journal Citation Reports (Clarivate,2022)†CiteScore 2021 by Elsevier‡中位數，僅統計進入同行評審階段的稿件
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