高分子材料在日常生活中无处不在。不错绝不夸张地说，以塑料为代表的高分子材料在昔时短短一百年的发展里，也曾全地点地转换了东说念主类社会。但随之而来的，是日益严峻的环球性塑料浑浊问题。

在近些年社会与学术界共同聚焦可持续高分子材料的配景下，好意思国罗格斯大学讲授顾宇炜团队介怀到：现在最常见的可降解塑料战略是往团聚物主链中引入“可被堵截的化学键”。但是，这些化学键时常只可在较为严苛的条目下（如强酸、强碱、高温，以致具有强腐蚀性的降解环境）才会断裂。这带来了三个主要问题：

降解所需的能量资本高；

降解过程会产生强腐蚀性废液，处理资本大；

降解过程难以精确秩序，斥逐了材料的应用场景。

讨论团队的使命恰是针对这些瓶颈，尝试从化学设计层面提倡一种全新的管理有诡计：开辟能够在和顺条目下达成自降解的高分子材料。

其但愿，这类材料能够显赫缩短高分子降解所需的技艺与能源资本，同期也能通过分子结构设计来精确调控降解速率，使其与不同塑料居品的预期寿命相匹配，从压根上擢升可降解材料的可用性与可设计性。

与其说讨论团队研发出了一种新的可降解高分子材料，不如说为这一范围提供了一种全新的、具有启发性的分子设计想路，可供学术界和产业界参考。

为了寻找能够让高分子在和顺条目下达成自降解的新战略，讨论团队把目力投向当然界。事实上，自降解机制在好多生物大分子中粗浅存在，尤其是RNA 和卵白质。从某种风趣风趣上来说，这是当然界为管理自己“高分子材料”——生物大分子的可持续性问题而演化出的高明有诡计。

通过分析这些生物大分子的自降解机制，讨论团队发现当然界接纳了一种简陋却相等灵验的化学战略：在易被堵截的化学键隔邻，事前移交能够在分子里面触发化学键断裂的“邻位基团”，并在空间结构上进行极为精确的排布。举例，RNA 分子中的磷酸二酯键、卵白中的肽键，王人因隔邻存在特定的邻位基团而能够在合乎条目下达成自我降解。更高明的是，当然界以致不错通过调控这些邻位基团与可降解键之间的空间距离，来精确调控降解速率。

受到这一启发，讨论团队尝试将类似的战略引入东说念主工合成的高分子材料中。在本讨论中，讨论团队在团聚物结构中提前、精确地舍弃类似的邻位基团，成果发现这种仿生设计在东说念主工高分子中相同灵验。讨论团队得到的材料不仅不错在无需非常试剂的情况下自觉降解，而且只需调理邻位基团与可降解化学键之间的相对位置，就能精确调控降解速率——从数小时、数天，到数月以致数年，王人不错通过分子设计来达成。

要是作念一个不那么严谨但更易涌现的类比：假定每一个塑料分子是一根纳米规范的金属杆。传统可降解团聚物的想路，类似于通过施加外力把金属杆硬掰断，过程费事、资本高，也不够致密。

而讨论团队的战略就像是在金属杆上事前移交了好多小型内置切割器用，这些器用无需外界匡助，便能在合乎条目下自动把金属杆堵截，达成降解。更紧要的是，化学家能够精确调控这些内置器用与金属杆的距离，从而秩序切割发生的速率。

要是从底层逻辑来看，本次讨论是一项典型的仿生使命。严格来说，应用精确舍弃的邻位基团来秩序高分子自降解这一草创，其果真几亿年前就也曾被当然界率先完成了。RNA、卵白质等生物大分子的降解机制实质上就是在应用这一战略。

在这一前提下，讨论团队的使命不错说是初度将这种简陋而高效的仿生机制得胜引入到东说念主工合成高分子体系中，从而达成了在和顺条目下、无需外加试剂即可自降解的高分子材料。这亦然讨论团队认为本讨论最具转换性的冲破所在。

这项使命实质上仍属于主意考据（proof of concept），讨论团队在论文中展示的材料距离径直应用显着还有十分的距离。但讨论团队认为，这一仿生的高分子自降解机制在多个地点王人具有明确的潜在应用价值。

起先，是开辟可用于包装的商用高分子材料。要是将这种分子层面可编程的自降解机制应用于日常包装材料，那么即使包装被浪漫丢弃，它们也会按照事前设定的分子结构自行降解，不会经久累积在环境中。这不仅能显赫缩短铲除物处理资本，也能从泉源上减少塑料浑浊。

第二，开辟高性能且可当然降解的渔具和耕具材料。好多渔具、耕具的要道部件王人依赖高分子材料，况兼因应用需求对力学强度要求很高。另一方面，由于使用场景的特殊性，这类材料常径直丢弃在当然环境中，形成大王人塑料垃圾积存。现存战略中，高强度材料时常更难降解，形成昭彰矛盾。而讨论团队的战略是在分子里面预置切割器用，既能保持材料的机械强度，又能达成自我降解，相等契合这一需求。讨论团队的论文发表后，也曾有一家日本的渔具公司和一家英国的耕具公司主动联系讨论团队，抒发了对这一战略的兴味。

第三，是用于构建可措施化降解的药物寄递体系。在生物医学范围，高分子材料常用作药物载体。守望的载体材料需要在药物需要发达作用的位置和时期点精确降解，从而秩序药物开释速率。但是，现在能达成“按预设时期表降解”的高分子材料相等有限。

而讨论团队的战略赶巧能够管理这一痛点：通过在团聚物链中精确舍弃邻位基团，讨论团队不错以分子设计的形势精确调控材料的自降解速率。这意味着药物载体的降解与药物开释弧线不错在设计之初就被写入材料结构之中，这是好多现存载体材料所无法达成的特色。

总的来说，尽管现在仍处于主意考据阶段，但这一仿生自降解战略有望在可持续包装、渔农用品以及精确药物寄递等范围提供面向本质应用的全新管守望路。

据了解，顾宇炜的博士讨论主要围绕合成高分子材料伸开。在博士阶段行将收尾时，顾宇炜运行对生物大分子产生激烈兴味：明明王人是高分子，为什么生物大分子在复杂度和功能性上远远杰出合成高分子？带着这个疑问，顾宇炜在博士后阶段加入了一个以 DNA 与卵白质为基础开辟生物大分子材料的团队，但愿从当然界的战略中寻找谜底。那段资格让顾宇炜掌捏了多种生物大分子的合成与修饰技艺，也缓缓萌生了向当然学习高分子化学的目的。

2023 年 1 月，顾宇炜加入罗格斯大学化学系，运行孤立建组。聚会自己的科研兴味以及博士、博士后阶段积存的手段，顾宇炜将课题组的讨论地点定位为：在高分子规范上进行仿生讨论（macromolecular biomimicry），向当然界经受化学灵感。与好多刚起步的年青课题组一样，讨论团队当先也濒临东说念主手不及、诞生尚不完善等现实艰苦。

但恰是在这么的阶段，顾宇炜萌生了一个新目的：能否鉴戒当然界生物大分子的自降解机制，并将其移植到东说念主工合成的高分子材料中？

基于这个目的，顾宇炜设计了三个不同的分子骨架，但愿在合成的高分子链上精确引入不同排布的“邻位基团”，以探索它们是否能够像当然界一样触发分子里面的自降解。那段时期，顾宇炜边搭建实验室边我方作念实验，在诞生不完善的情况下摸索了两个月，终于细目了这些分子的基本合成道路，为后续使命打下了基础。

本次关联论文的第一作家殷绍峥同学在加入课题组时如故又名私费硕士生，本科毕业于天津大学化工系，对高分子讨论很有兴味。他主动找到顾宇炜，但愿能参与课题组的科研使命。于是，顾宇炜将前期得到的一些初步成果交由他无间鼓动。

很快讨论团队就发现，正如当先的设想一样，这些“邻位基团”不仅能够触发高分子的自降解，而且通过转换分子骨架来调理它们的位置，还能精确调控降解速率。

随后，殷绍峥将这一主意得胜拓展到一种典型却难以降解的材料——聚双环戊二烯（polydicyclopentadiene）中。在他的使命下，这种原来险些不可降解的材料达成了可控的自降解。更进一步，讨论团队在仿生基础上杰出当然，设计出了降解速率快到几小时内就能十足剖析的超快速自降解材料。

在赢得材料性质上的冲破后，讨论团队运行对其分子层面的降解机理产生兴味。讨论团队与计较化学内行Lu Wang 讲授合营，她的团队匡助顾宇炜等东说念主进行了介怀的密度泛函表面模拟和分子能源学模拟。这些计较成果极大加深了讨论团队对自降解化学细节的涌现，使所有这个词讨论的表面基础愈加坚实。

在投稿过程中，大部分审稿东说念主王人对讨论团队的使命予以信托。但其中一位审稿东说念主提倡相等有价值的问题：“当然界的生物大分子不仅能自降解，还能通过折叠结构变化动态调控降解速率。你们的方式能否达成类似的调控？”

这是一个极其紧要的点。生物大分子（如卵白质）的折叠结构不错转换邻位基团与化学键之间的距离，从而动态调理自降解速率——这是一种当然界相等娴雅的化学战略。

顾宇炜花了几天时期想考，遒劲到：大概不错应用超分子化学来秩序合成高分子的折叠结构，从而动态调理邻位基团的位置。顾宇炜把这一设想告诉了殷绍峥同学，他用了大要半年的时期，在实验中得胜达成了这极少。

在最终提交的论文版块中，讨论团队不仅展示了通过分子骨架达成的静态结构秩序，还展示了通过链折叠进行的动态调控机制。不错说，讨论团队在合成高分子中达成的降解调控战略，也曾在主意和精妙进度上与当然界的生物大分子自降解机制相等接近了。

图 | 前：顾宇炜，后：殷绍峥

当作顾宇炜孤立建组后的第一个主要课题，这项讨论的所有这个词探索过程承载了太多铭记的回忆。除了实验和设计上的不断尝试，顾宇炜想共享一个我方于今仍以为相等道理、也相等有风趣风趣的小故事。

2023 年 4 月，顾宇炜基于对 RNA 自降解机制的涌现，设计了几个分子骨架，并预计由这些分子繁衍出的合成高分子应当具备自降解特色。设计完成后，下一步就是寻找合成这些分子的实验道路。

在查阅文件时，顾宇炜介怀到1994 年英国牛津大学讲授约翰·萨瑟兰（John Sutherland）课题组发表的一篇论文中，曾报说念过一个与讨论团队设计高度关联的要道中间体。但是，阿谁年代的论文时常相等节略，枯竭介怀的实验法子。尽管顾宇炜尝试了屡次，仍无法在我方的实验室重现他们当年的合成。

Sutherland 讲授昔时 30 年一直发奋于讨论 RNA 的前生物（prebiotic）发源，试图从化学层面回答：在只消简陋无机物的原始地球上，如斯复杂的 RNA 分子是若何出身的。这篇 1994 年的论文是他孤立科研早期的一篇并不显眼的论文，仅仅为了合成一些结构上与 RNA 相似的小分子。

如今，Sutherland 已成为前生厌世学范围最紧要的学者之一，顾宇炜也猜想他可能早已不记顺应年使命中的细节。

但抱着试一试的心态，顾宇炜如故给他发了封邮件，盘问是否还能找到当年的实验纪录，或是否能提供一些细节。原来没抱期待，却在几小时后就收到了Sutherland 讲授的回应。他说我方也曾不牢记具体实验内容，但也曾把顾宇炜的邮件转发给了 30 年前信得过作念这个实验的践诺者——乔治·韦弗（George Weaver）博士。

Weaver 博士是 Sutherland 讲授孤立建组后招的第一位博士后，如今是英国拉夫堡大学的又名讲师。又过了几个小时，顾宇炜便收到了 Weaver 博士的邮件。他写说念：固然当年的实验纪录也曾找不到了，但他仍然牢记要道法子，并介怀描述了响应条目和后处理方式。他还额外强调了一个细节：其中一个响应物一运行在溶剂中不溶，但在加入碱后就会缓缓熔化。他终末还十分谦卑地暗示：毕竟过了三十年，记挂可能有限，很对不起弗成提供更多匡助。

收到这封邮件后，顾宇炜当晚便按照他回忆的法子在实验室作念了实验。响应情状果然与他描述的一模一样。第二天，讨论团队就顺利得到了诡计分子，而这也成为所有这个词课题信得过的起首。

论文发表之后，顾宇炜有益写信向Sutherland 讲授和 Weaver 博士抒发感谢。Sutherland 讲授答信说，他十足没猜测我方早年基于兴味讨论 RNA 化学发源的一项小使命，尽然在三十年后匡助管理了顾宇炜团队今天面对的高分子降解问题。他还提到，在前生厌世学范围，好多学者王人曾酷好：当然界为何选拔结构相对不踏实的 RNA 当作人命基元？他认为一个紧要原因是 RNA 的自降解机制能让可贵的核苷酸单体被轮回应用，而这对资源极其匮乏的原始地球来说是一种紧要上风。从这个角度看，他认为讨论团队的使命是对人命化学深入涌现之上的一次道理而当然的仿生。

这段资格对顾宇炜而言相等铭记。Sutherland 讲授如今早已因其在前生厌世学范围的超卓孝敬而享誉全国，而科学却在此刻让顾宇炜与三十年前的他——两个在不同时间节点刚运行孤立科研生计的助理讲授——产生了跳跃时空的“精神联系”。

这让顾宇炜再次长远体会到基础科学的信得过价值：好多由隧说念酷好心驱动的讨论，大概在当下看似不起眼，却可能在未来某个十足出东说念主意想的场景中，成为管理另一类紧要问题的要道一环。同期，Weaver 博士在三十年后依然能够澄莹回忆起当年的实验细节。“这极少也令我深受震撼。信得过的科学家对学问的热忱与进入，不会跟着时期而消除，而这恰是咱们这一代科研使命者最应该学习的品性。”顾宇炜暗示。

开辟可降解高分子材料无疑是当下相等紧要的讨论地点，毕竟讨论团队的环境很可能也曾无法再承受未来几十年无间累积的塑料垃圾。从举座上看，顾宇炜认为任何可行的管理有诡计王人需要资格三个阶段：

第一步，是提倡一种新的化学降解机制，并在某一类模子高分子上完成主意考据。这一步讲明了机制可行性，但距离本质应用还很远方。

第二步，是讨论降解后的产物是否安全、是否具有环境友好性，以及是否能够进一步回收应用，从而达成闭环轮回。这极少对信得过可持续的材料体系至关紧要。

第三步，则是在粗浅使用的商用高分子体系中达成这种降解机制，并想考如安在尽可能不影响现存工业分娩经由的前提下，将这一战略落地到大限制材料分娩中。

从这个角度来说，讨论团队现在的使命还停留在第一步，未来仍有很长的路要走。

现在，顾宇炜实验室正在开展两方面的后续讨论：

一方面，讨论团队正在探索自降解产物是否不错被肖似应用，从而达成材料的闭环回收；

另一方面，讨论团队但愿将这一仿生降解机制拓展到更粗浅使用的高分子体系，尤其是聚氨酯、聚酰胺等在工业和日常生活中应用极为粗浅的材料。

此外，讨论团队也谋划进一步探索这一机制在药物寄递体系中的后劲。

与此同期，该实验室恒久宝石向当然学习高分子化学的理念，也正在其他紧要的高分子科学问题上寻找大分子仿生的管理有诡计。