高分子材料已深度融入人類生活，以塑料為代表的合成高分子在帶來便利的同時，也引發了全球性的塑料污染危機。傳統可降解塑料依賴在聚合物主鏈中引入特定化學鍵，但這些化學鍵往往需要強酸、強堿或高溫等嚴苛條件才能斷裂，導致降解成本高、過程產生腐蝕性廢液且難以精準控制，限制了其應用場景。美國羅格斯大學顧宇煒教授團隊另辟蹊徑，從自然界生物大分子的自降解機制中汲取靈感，提出了一種在溫和條件下實現高分子自降解的創新策略。

自然界中，RNA和蛋白質等生物大分子通過精妙的化學設計實現了高效自降解。研究發現，這些分子在易斷裂的化學鍵附近預先布置了“鄰位基團”，并通過精準的空間排布調控降解速率。例如，RNA中的磷酸二酯鍵和蛋白質中的肽鍵，正是由于鄰位基團的存在，才能在特定條件下實現自我分解。更巧妙的是，生物大分子還能通過折疊結構變化動態調整鄰位基團與化學鍵的距離，從而靈活控制降解速度。

受此啟發，研究團隊將類似策略引入人工合成高分子材料。他們通過在聚合物結構中精準放置鄰位基團，成功開發出無需外加試劑即可自發降解的材料。實驗表明，僅需調整鄰位基團與可降解鍵的相對位置，就能將降解周期從數小時延長至數年，實現了對降解速率的分子級調控。這種策略不僅降低了降解所需的技術與能源成本，還為材料設計提供了前所未有的靈活性。

為驗證這一仿生策略的普適性，團隊將其應用于聚雙環戊二烯等傳統難降解材料。通過分子設計，原本幾乎不可分解的聚雙環戊二烯實現了可控自降解，甚至開發出數小時內完全分解的超快速降解材料。進一步與計算化學專家合作，通過密度泛函理論和分子動力學模擬，揭示了自降解的微觀機制，為理論優化提供了堅實基礎。

該研究的突破性在于首次將生物大分子的自降解機制成功移植到合成高分子體系中。論文投稿后，一位審稿人提出關鍵問題：能否像生物大分子一樣，通過結構變化動態調控降解速率？團隊迅速響應，利用超分子化學控制高分子折疊結構，實現了鄰位基團位置的動態調整。最終論文不僅展示了靜態結構控制，還呈現了動態調控機制，在概念和精妙程度上與自然機制高度接近。

盡管目前仍處于概念驗證階段，但這一策略已展現出廣闊的應用前景。在可持續包裝領域，分子層面可編程的自降解機制可使包裝材料按預設時間自行分解，從源頭減少塑料污染；高性能漁具和農具材料方面，該策略既能保持機械強度，又能實現自我降解，解決高強度與難降解的矛盾；生物醫學領域，通過精準調控藥物載體的降解速率，可實現藥物釋放曲線的分子設計，為精準醫療提供新工具。目前，已有日本漁具公司和英國農具公司表達合作意向。

研究團隊的形成頗具傳奇色彩。顧宇煒在博士階段專注合成高分子研究，博士后階段轉向生物大分子，這段經歷讓他掌握了多種生物分子的合成與修飾技術，并萌生了向自然學習高分子化學的想法。2023年獨立建組后，他帶領自費碩士生殷紹崢等成員，在設備不完善的情況下，邊搭建實驗室邊開展研究。他們設計了三種分子骨架，通過兩個月摸索確定了基本合成路線，為后續突破奠定基礎。

研究過程中，一段跨越時空的學術傳承令人動容。為復現1994年英國牛津大學約翰·薩瑟蘭教授課題組報道的關鍵中間體，顧宇煒輾轉聯系到當年實驗的執行者喬治·韋弗博士。盡管三十年過去，韋弗仍清晰記得關鍵步驟，并詳細描述了反應條件。根據他的回憶，團隊當天即成功合成目標分子，這成為整個課題的起點。薩瑟蘭教授回信表示，這項早期研究能助力當前高分子降解問題，體現了基礎科學的深遠價值。