XtalCSP^™

XtalCSP™ は、量子力学 / 分子力学的観点から候補化合物の結晶構造のグローバルサーチを行い、あらゆる結晶多形を予測します。フリー体のみならず、塩、水和物、共結晶などにも対応しています。本ソリューションにより、想定外の結晶構造の生成リスクを抑えつつ、効率的な安定性評価が可能であり、ユーザーによるソフトウェア利用 と XtalPi への計算委託という 2 形態で提供されています。また、XtalPi は、Cambridge Crystallographic Data Center (CCDC) が 2024 年に開催した第7回 CSP Blind Test に参加し、参加した 28 チームの上位2チームの 1 つと認定され、世界レベルで見てもトップクラスの予測精度を誇っています。

Workflow

XtalCSP™ では以下のフローに従い、あらゆる結晶多形を予測します。
必要な情報は、候補化合物の 2D 構造（SMILES）のみです。

上の図のフローを、矢印に沿って説明します：

Input Molecule / Conformation Analysis

2D 構造（SMILES）を入力すると、高精度な一方で計算コストの高い量子力学計算によるコンフォメーション解析が行われ、全ての立体構造が探索されます。

Force Field Training

上記の Conformation Analysis と同時に、精度は高く無いものの計算コストが低い分子力学計算もなされ、力場パラメータのフィッティングが行われます。
量子力学計算結果と分子力学計算結果の比較により、分子力学計算の精度の高さを実証されます。

Crystal Structure Generation

Force Field Training により得られた力場パラメータを使用し、高精度且つ高効率な結晶構造生成を行います。

Energy Ranking

得られた全ての結晶構造に対し、in-house 機械学習モデルや半経験的手法の活用により、エネルギーの順位付けを行います。

Clustering

Energy Ranking により得られた結晶構造に対し、密度汎関数計算による厳密な順位付けと構造類似性比較による不要な結晶構造の除外を行います。
本クラスタリングにより、安定的な低エネルギー結晶構造を絞り込みます。

Energy Landscape & Free Energy Trend

予測された結晶構造がそれぞれどのようなエネルギーを持つか、分布と傾向を確認できます。温度依存的なエネルギー変化も確認できるので、ラボスケール及び工場スケールでの製造プロセス検討にも活用可能です。
それぞれの結晶構造を 3D で視覚的に確認でき、XRD のピークや Intensity のテキストファイルもダウンロード可能です。

Advantage

• 一般的空間群において、Z' = 1 のみならず Z' = 2 での結晶構造予測が可能
• 理論的に 98% 以上の空間群をカバー
• 分子力学/量子力学をバランスよく活用した階層的順位法により、高精度かつ高効率な結晶構造予測を実現（通常 2～3 週間、複雑な化合物の場合は 6～8 週間）
• 実験室や化合物サンプルが不要であり、API や実験場所を必要とせず、研究開発コストを効果的に削減
• 直感的に操作可能な GUI により、計算科学サイエンティスト以外でも容易に利用可能