1. 细胞内的高分子化学

生物正交化学，其底物能在生理条件下快速和选择性地反应，已成为生物系统中靶向修饰生物分子的关键技术。鉴于聚合物的多功能度和多价相互作用的特点，利用聚合物标记和修饰生物大分子在生命科学研究中越来越重要。然而，通过与预先合成的聚合物直接反应来标记细胞中的生物大分子存在挑战，包括细胞摄取、反应效率和从细胞中去除未标记的聚合物等问题。细胞内聚合被认为是这些挑战的潜在解决方案，但通常无法实现精确标记生物大分子。大多数现有的细胞内聚合技术依赖于逐步生长机制，单体-单体反应不能保证对生物分子的特异性修饰。虽然细胞内自由基聚合已被探索，但细胞内因素如氧、硫醇以及自由基介导的终止和链转移可导致未键合聚合物。实现位点特异性聚合物标记的最有希望的方法应该包括在所需位点精确启动的生物相容的链生长聚合。因此，我们的愿景是开发基于生物正交反应的链生长聚合。

2. 高分子精密合成

高分子材料已经渗透到了人类的日常生活以及多个关键领域，包括农业、建筑、工业、航空、航天和国防军工，成为现代社会中不可或缺的物质基础。为了克服单一单体的性能限制，共聚物被广泛应用来改进材料特性。共聚物是由至少两种具有不同化学性质的单体构成的大分子。在许多共聚物中，单体在聚合链上的分布是难以控制的。为了解决这一难题，一种快速发展的方法是序列控制聚合物，即将单体以精确相同的顺序排列在聚合链中。生物学中存在一些值得学习的例子。核酸，如DNA和RNA，展示了基于4个核苷酸结构单元的有序序列。在蛋白质中，20种氨基酸被用来形成精确调控的单体序列。这种精确定位的结构单元对聚合物的整体结构产生重要影响，创造出独特的性质，例如分子识别、生物催化和分子信息编码等。乙烯基聚合物是使用范围最为广泛的一类高分子，它是通过配位、离子或者自由基聚合的方法制备。随着新兴应用需求的出现，它的使用范围越来越受到局限。因此，不论是在工业界还是学术领域，都迫切需要解决侧基团的序列控制问题。序列控制乙烯基聚合物以其高密度的侧基排列（每两个单键对应一个功能侧基）、广泛的单体选择性（包括数百种乙烯基单体）以及主链结构的稳定性（全碳-碳单键）而具有极高的开发应用前景。然而，高效合成序列控制乙烯基聚合物的方法却极其缺乏，且大多局限在自由基聚合单体的序列控制聚合物的合成。

3. 聚合物基化学与生物传感器

在过去十数年中，随着纳米技术的飞速发展，人们对高分子生物材料的兴趣日益浓厚，这些高分子材料可以在外部刺激下以受控方式程序性降解，但在生理条件下保持稳定。申请人认为只有通过创制多种机制与链结构的程序性降解聚合物，才能提供充足的材料类型用来研究和筛选特定条件下适用的程序性降解聚合物。首先，申请人通过一步法缩合聚合创制了具有触发式链式解聚的程序性降解聚合物，这些聚合物的特征是一旦外界刺激启动分解过程，便会引发了聚合物从头到尾 (线性聚合物) 或者从中心到四周(超支化聚合物)的顺序链式解聚，我们称其为线性/超支化触发式自降解聚合物。解聚动力学研究表明，该类聚合物的降解具有独特的程序性延时效应：在移除外界刺激之后，聚合物的继续降解直至完全降解，并且降解速率可以通过分子结构调控，并实现对生化信号的放大检测与成像。

4. 活性、自适应和自主的分子系统 (生命起源)