综述：全氟和多氟烷基物质（PFAS）的生物脱氟机制研究现状与未来展望

这篇综述系统梳理了全氟和多氟烷基物质（PFAS）的生物脱氟（biodefluorination）研究进展，重点探讨了新兴PFAS在好氧/厌氧条件下的降解途径、关键微生物与酶，提出了标准化测试协议和"良性设计"（benign-by-design）策略开发可降解氟化替代物的潜力，为环境修复和绿色化学发展提供了重要参考。

　　

全氟和多氟烷基物质（PFAS）的生物脱氟机制研究现状与未来展望

摘要
作为广泛应用于工业和消费品领域的持久性污染物，PFAS因其C-F键的高解离能（~116 kcal/mol）而难以降解。近年研究发现，特定结构的PFAS可通过微生物介导的脱氟反应实现转化，这为环境修复和替代物设计提供了新思路。

2. 好氧条件下的PFAS生物脱氟
2.1 氟调聚物结构
以4:2和6:2氟调聚醇（FTOH）为代表的研究显示，脱氟主要通过HF消除和交换反应实现。典型菌株如Dietzia aurantiaca J3可通过β-氧化样途径，将6:2氟调聚磺酸盐（FTS）转化为短链氟代羧酸（PFCA），最高实现37%脱氟率。

2.2 醚类PFAS
含-O-CH₂
-结构的醚类化合物通过氧化/水解脱烷基化产生不稳定氟醇中间体。例如3-(三氟甲氧基)丙酸在活性污泥中经α-氧化生成三氟甲醇，自发脱氟率达86%。

2.3 不饱和氟代羧酸
α,β-不饱和结构是脱氟关键位点。2-(三氟甲基)丙烯酸在24小时内完全氢化，后续通过HF消除实现82%脱氟。而全氟-2-辛烯酸因β位氟取代，仅10%发生还原脱氟。

2.4 多氟芳香族化合物
Pseudomonas putida F1的Rieske双加氧酶可催化2,2-二氟-1,3-苯并二氧杂环戊烷开环，通过水解脱氟释放氟离子。

3. 厌氧条件下的PFAS生物脱氟
3.1 不饱和氟代羧酸
KB1菌群对α,β位全氟取代的化合物（如4-(三氟甲基)六氟戊-2-烯酸）优先进行还原脱氟，而氢取代结构则倾向氢化反应。Acetobacterium spp.通过黄素电子分叉途径驱动脱氟。

3.2 氯化PFAS
氯三氟乙烯（CTFE）寡聚体通过水解脱氯触发自发HF消除，四聚体脱氟率可达77%。脱氯酶与脱氟酶的协同作用为设计可降解氟化物提供了新思路。

4. 研究框架与标准化建议
建议整合IC/ISE/比色法交叉验证氟离子检测，结合非靶向质谱识别转化产物。需重点控制非生物去除干扰，建议将脱氟度（%）=释放氟量/（去除PFAS×分子含氟数）×100%作为核心评价指标。

5. 环境友好型PFAS设计
基于结构-活性关系，提出三类可开发结构：含易水解基团（如-O-CH₂
-）、α,β-不饱和键、以及氯氟混合取代化合物。需同步评估母体化合物及转化产物的生态毒性，避免" regrettable substitution"现象。

6. 结论
• 特定结构（不饱和键、醚键、氯取代）显著提升PFAS生物脱氟效率
• 需建立包含脱氟度、转化路径、酶机制的标准化评价体系
• 计算预测与实验验证结合可加速可降解氟化物的设计
• 新型PFAS应通过"安全可持续设计"（SSbD）框架严格评估