《International Journal of Cosmetic Science》：Benign by design: A paradigm shift in cosmetic ingredient development
全球消费者日益关注化妆品原料的环境影响。此类物质即化妆品的组成成分，在使用后进入废水及生活垃圾中，多数分子无法在污水处理过程中被去除或在环境中降解，导致环境持久性。应对这一挑战需要在化妆品原料开发的最早阶段进行干预，将其设计为释放到环境中时可生物降解。本综述旨在概述可用于提升化学品生物降解性的本质安全设计(BbD)策略，论证其对化妆品原料的适用性。BbD策略包含从头设计（即从零开始创建新型化合物）或通过修饰现有分子进行再设计，重点阐明如何在维持甚至潜在提升功能性能的同时增强生物降解性。策略可分为非靶向或靶向，遵循一系列经验法则，并应用实验与计算机模拟(in silico)工具。总体而言，直链烷基及羟基、羰基、酯基、酰胺基或羧酸基等功能基团的存在有利于生物降解，而脂环族环、高度支化烷基链、卤素、硝基、亚硝基或偶氮基团的存在则会阻碍生物降解性。本综述表明，已在制药与化学设计中应用的BbD策略，同样适用于化妆品原料设计，可避免环境持久性成分如全氟和多氟烷基物质(PFAS)及有机硅的使用。除降低环境持久性外，将BbD策略整合入化妆品原料开发，可支持向更绿色、更可持续的化妆品产业转型，助力自然资源保护，同时也为在更广阔且具环境意识的化学设计空间中开展创新提供了新的机遇。
引言(INTRODUCTION)
近年来化妆品产业显著扩张，为满足消费者对创新高效产品的需求，研发与引入的多样化原料数量激增。化妆品的广泛使用引发对其环境影响尤其是水生生态系统的担忧。化妆品原料（特别是淋洗类产品中的成分）在使用后进入环境，其生态后果取决于是否直接排入水生生态系统，或经污水处理厂处理——而后者并不总能完全去除此类物质。多种化妆品原料已知具有非生物降解性与生物累积潜力，最终会破坏生态系统。非生物降解性物质因在环境中持久存在，会导致食物链中的生物累积与生物放大，对生态系统与人类健康构成重大风险。化合物往往无法完全矿化为二氧化碳和水，不完全矿化的产物即转化产物(TPs)，其化学结构、毒性与环境效应常属未知，部分甚至比母体化合物更具持久性与更高毒性，且一个母体化合物可产生多种TPs。鉴于化学物质与TPs总量庞大，对所有化合物进行全面测试与风险评估在经济上不可行。当前化妆品产业正寻求替代策略以替换问题原料，利用绿色化学原理合成新型原料。本质安全设计(BbD)与绿色化学第10条原则“降解设计”密切相关，该原则倡导通过分子设计确保化学品在完成预期功能后快速、完全生物降解，最小化长期环境影响。
优先采用BbD等策略减少化学物质进入环境十分必要。快速、完全的环境生物降解即全矿化，是衡量化学品环境影响的核心指标——微生物生物降解可将有机分子随时间分解为无害物质。利用生物降解过程有助于从环境中去除持久性化学物质，从而净化环境，减轻其对生态系统与人类健康的不利影响。这一思路契合世界卫生组织(WHO)“同一健康”框架，该框架承认人类、动物与环境健康的相互关联性，同时支持联合国可持续发展目标(SDGs)，特别是SDG 12（负责任消费与生产）、SDG 6（清洁饮水）与SDG 14（水下生物），并通过保护天然水资源帮助将新增实体控制在行星边界范围内。在此背景下，提升化妆品原料的生物降解性成为预防水/土壤污染、减轻生态系统与生物体损害的重要策略。与此同时，全球对清洁水的需求持续上升，其在饮用水供应、农业灌溉、食品生产、化工与医药制造及电子产品等领域的核心作用驱动需求增长，而生活水平提升、人口增长与老龄化带来的化学物质使用增加，叠加气候变化影响，进一步加剧了这一需求。化妆品原料的环境生物降解性尤为重要，因其用于外部施用，会直接进入污水处理厂(WWTPs)的出水，或在无污水处理设施的地区直接排入地表水——全球仅约20%的废水得到处理。
根据欧盟绿色协议下的《欧盟可持续活动分类法》与《欧盟水框架指令》，含非生物降解性原料的化妆品产品可能被视为环境不可持续，化妆品产业或面临更大经济压力。《欧盟水框架指令》要求化妆品企业根据所售产品的化合物生物降解性等因素，出资升级市政污水处理厂(STPs)或扩建处理设施。此外，同属欧盟绿色协议的《欧盟可持续化学品战略》推动开发与使用更安全、无毒、可生物降解的物质，强化了化妆品行业向更可持续原料与配方的转型。现行欧盟委员会(EC)化妆品法规(EC) No 1223/2009尚未将环境生物降解性列为强制性标准，但该法规正在修订，作为《欧盟可持续化学品战略》与欧盟绿色协议的一部分。该框架为当局、科学家与产业界提供了设计安全可持续化学品与材料的指导，同时评估此类物质全生命周期的安全性与可持续性（安全可持续设计，SSbD）。SSbD使用量化指标将安全与可持续目标转化为设计准则：过程相关指标聚焦生产阶段（从摇篮到大门），涵盖资源效率（原子经济性、质量强度、能源与水使用）、运行绩效（产率、溶剂回收、废物产生、循环流）与危害指标（关注物质存在、持久性/生物累积性/毒性特征、暴露指数、排放因子）；生命周期指标将视角延伸至从摇篮到坟墓或从摇篮到摇篮，基于生命周期评估(LCA)的影响类别，如气候变化、资源使用、毒性，以及循环性指标（回收/生物基含量、耐用性、可回收性、回收率），有时还会结合社会LCA与生命周期成本分析纳入社会经济维度。SSbD将这些指标与设计策略对齐，纳入评估体系，使其既作为评估工具，也成为可持续化学中迭代设计与教育的实用指南。但目前针对化妆品原料的靶向设计知识与案例仍十分匮乏，因此下文将借鉴其他工业领域的案例，论证BbD在化妆品领域的可行性与潜力。BbD策略在引导开发安全性更高、环境足迹更小的化妆品原料方面发挥关键作用，可培育创新与新的商业机遇。
环境生物降解性的设计策略（本质安全设计）
绿色化学作为可持续化学概念的一部分，聚焦于合成低废物、低能耗的化学品及相关工艺，最大限度减少或消除对人类健康与环境有害物质的生产与使用，其核心是12项基础原则，其中第10条“降解设计”强调化学品应在完成预期功能后降解为无害物质，避免环境持久性。
BbD是绿色化学第10条原则的核心要义，旨在通过设计兼具低毒性与高环境生物降解性的化学产品，在应用阶段保持其有效性，最终在废水与出水处理或水生环境中矿化为无害物质。
对化学结构的微小调整可显著影响物质的活性、溶解度、极性及生物降解性。若修饰位点不属于承载应用所需属性（如药物中的药效团）的结构区域，可在不影响分子活性的前提下提升环境生物降解性。此外，可采用计算机模拟方法预测此类修饰的效果，高效筛选与识别有潜力的候选化合物。BbD在化学领域的应用已从源头降低环境影响，欧盟资助的TransPharm等项目已在活性药物成分(APIs)的可持续性方面迈出步伐，旨在通过数字工具、指南、模型与新合成路径，生产合成过程更绿色、资源消耗更低、环境归趋更友好的APIs，在满足应用属性的同时降低多阶段的综合环境影响。
BbD包含两类已得到应用的基础路径：从头设计与再设计。从头设计是从零开始构建化学品，无需起始模型，基于生物靶点认知或已知活性配体创建新化合物，主要障碍是新分子结构的合成路径可获得性，且需为新分子及其应用积累充分认知，但优势在于核心结构与用途均为全新，更易获得专利。再设计则是对现有化合物进行修饰以优化性能，通常是复杂的优化过程，优势是可依托已有认知节省时间，但专利获取难度更高，因类似分子可能已被申请。两类路径均可结合靶向合成（有意引入已知可提升性能的特定结构片段）或非靶向合成（随机进行分子结构改变），因此当前BbD的应用策略可分为非靶向从头设计、靶向从头设计、非靶向再设计与靶向再设计四类。
促进生物降解性的关键结构
一般原则
微生物对化学物质的生物降解受微生物相关因素（类型、数量、可获得性）与分子相关因素（大小、疏水性）共同影响。辛醇-水分配系数是同时影响应用性能与环境归趋的重要参数。分子中的功能基团起决定性作用：微生物细胞更难摄取分子量大于500 Da的大分子，且分子疏水性不能过高或过低，通常水溶性物质比不溶性物质更易生物降解。分子被摄取后，其结构特征是微生物细胞代谢与后续生物降解的核心影响因素，酯酶、酰胺酶与加氧酶等微生物中最普遍的酶在此过程中发挥主要作用。因此存在一系列可遵循的设计规则以提升物质生物降解性：取代基的性质与位置、饱和与取代程度、空间位阻基团的存在均会影响生物降解性。一般而言，含氧的简单结构有利于生物降解，而高度取代的复杂化合物则相反。碳数为偶数的直链烷基有利于生物降解；天然存在的肽、氨基酸与糖基片段也可促进生物降解，其中L-氨基酸与D-型糖类更易被细菌酶识别；醚类化合物则是例外，对生物降解具有抗性。
由于细菌细胞内相互作用的复杂性、酶活性口袋的空间要求以及环境生物降解机制的多样性，准确预测化学物质的实际生物降解性仍存在困难，但随着人工智能(AI)的发展，预测可靠性有望提升。为提高结果可信度，应同时使用设计规则、计算机模拟工具与体外测试评估预估生物降解性。
烷基链长度
以苯丙氨酸(Phe)衍生离子液体(ILs)的结构-生物降解性关系研究为例：咪唑与吡啶鎓头基通过酰胺键连接Phe优于咪唑鎓、胆碱、脯氨酸与胆碱头基；吡啶鎓衍生物可通过酰胺键断裂生成可完全矿化的转化产物(TPs)；而与Phe通过酯键连接的直链醇，碳数不超过C8时比更长链(C10–C12)更能促进生物降解。
链支化
碳数小于C8的直链烷基优于支链，便于细菌细胞通过末端氧化途径降解。代谢后生成的醇会被脱氢酶脱氢，经相应醛转化为脂肪酸，再通过β-氧化逐步分解为乙酰辅酶A(C2单元)。因此应避免叔碳与季碳原子。典型案例是烷基苯磺酸盐的生物降解性：早期的四聚丙烯烷基苯磺酸盐(TPBS)因高度支化结构导致环境持久性问题；后期出现的直链烷基苯磺酸盐(LAS)几乎可完全生物降解，现已成为个人护理与家用护理产品的常用表面活性剂。
含氧、氮与卤素的化合物
含羟基、羰基、醛基、酰胺基、半缩胺醛、酯基、羧酸基及糖苷键的中等极性含氧化合物可促进生物降解，因为这些键的水解可启动生物降解过程；但脂肪醚键（乙氧基化物形式除外）会阻碍自然降解。以氟喹诺酮类抗生素为例，通过在羧基位点通过酰胺化引入葡萄糖胺等取代基，可尝试提升其生物降解性：O-乙酰化葡萄糖胺衍生物可通过连续脱乙酰化与整个葡萄糖胺片段的分解实现部分降解，生成氟喹诺酮-3-甲酰胺衍生物，表明糖基片段的存在会影响生物降解，其中β-D-葡萄糖的共轭似乎对提升代谢敏感性至关重要，可能有助于微生物糖苷酶的识别与分解，但这种提升可能仅实现部分生物降解——糖基被选择性移除并完全降解，而母体化合物仍持久存在或形成生物活性代谢物，典型案例如碘对比剂泛影酸(amido trizoic acid)可发生脱乙酰化，但卤代芳香结构难以完全分解。
叔胺、硝基、亚硝基、芳氨基与偶氮基团会阻碍生物降解。乙二胺四乙酸(EDTA)是化妆品与洗涤剂工业常用的螯合剂，大多螯合剂（包括EDTA）不可生物降解，可在环境中长期持久存在。其衍生物乙二胺二琥珀酸(EDDS)是更具环境友好性的替代选项，仅含两个手性碳的S,S立体异构体易生物降解，凸显立体化学是生物降解性的决定因素，酶特异性决定了哪种立体异构体可被有效代谢。EDDS不含EDTA中的叔胺基团，因此作为螯合作用相当的可持续替代品被用于化妆品。
卤素取代基已被证实对生物降解有不利影响。三氯生(triclosan)是常用于化妆品等个人护理产品的防腐抑菌成分，因不可生物降解与环境持久性，对水生环境具有危害性，其结构中三个氯原子的存在阻断了芳香族氧化，是其抗生物降解的原因——吸电子取代基（如卤素）会使芳环更难受到亲电氧的加氧酶攻击。在不影响抗菌活性的前提下，将氯原子替换为更大的基团（如直链烷基、羟基或胺基）是提升其生物降解性的潜在策略，已有计算机模拟研究证实此类替换可维持抗菌效力。
氟化有机物尤其是全氟和多氟烷基物质(PFAS)因极端持久性与抗生物降解性，环境风险日益凸显。单氟与二氟化化合物的环境累积风险较低，但氟化程度与模式至关重要：全氟结构（碳链上的所有氢均被氟取代）尤其成问题，对自然降解过程高度抵抗，可在环境中无限期持久存在。含三氟甲基(CF3)连接于其他碳原子的化合物值得特别关注，其可降解为三氟乙酸(TFA)——一种极度持久的物质，在全球环境中的浓度正持续上升。因此，尽管有限氟化（单氟或二氟）的环境影响较小，但仍应尽量减少或避免使用全氟结构及含CF3的结构，以防止形成并累积TFA这类高度持久且有毒的降解产物。
芳香族化合物
单芳香族化合物中取代基的数量、位置与类型会通过影响分子的电子特性进而作用于生物降解性，既涉及空间位阻也涉及氧化还原电位。此类化合物有氧生物降解的第一步是加氧酶催化的芳环羟基化，随后发生开环，其中亲电取代是限速步骤，取决于影响芳环电子密度的取代基类型。含强给电子取代基（如羟基、羧基）的酚环与苯甲酸环有利于生物降解，单加氧酶是生物系统中催化酚环氧化的关键酶；而含强吸电子取代基（如卤素、硝基、磺酸基）、多环（尤其是超过3个环）及杂环（如咪唑）的苯环则会抑制降解。苯基似乎阻碍生物降解，而苄基与酚片段则支持生物降解。
二甲苯麝香(musk xylene)是香料工业广泛使用的硝基麝香，属于典型的不可生物降解原料：其叔丁基、多个硝基与高程度的环取代共同阻碍了生物降解。向分子中引入酯基或将硝基还原为氨基是提升其生物降解性的潜在策略，但需验证此类修饰不会损害化合物的香料功能。
本质安全设计策略概览
BbD框架下共有四类新分子设计路径：(i)非靶向从头设计、(ii)靶向从头设计、(iii)非靶向再设计、(iv)靶向再设计。
非靶向从头设计始于对成千上万新生成分子的计算机模拟虚拟筛选，筛选与优化阶段会将环境因子（如环境归趋、生物降解性与生态毒性的计算机模拟预测值）作为过滤条件。
靶向从头设计基于特定分子结构及其活性的专业知识，组合小分子结构片段，创建具有更优生物降解性的新型复杂分子。典型案例是3-β-D-吡喃半乳糖氧甲基-4-硫酸甲酯呋喃(GSF)，这是一种旨在抑制肿瘤转移与血管生成的糖类模拟物。为提升其活性与生物降解性，以GSF为设计起始化合物，对糖片段、呋喃环取代基或呋喃环本身进行系统结构变异，生成分子库后通过分子对接与定量构效关系(QSAR)分别评估其活性与生物降解性，最有潜力的候选物再经合成与体外测试验证生物降解性与药理活性。其中3-(-D-吡喃半乳糖氧甲基)-4-(氟甲基)-呋喃(GFF)相比GSF活性与生物降解性均有所提升，目前已获得专利。
非靶向再设计对现有化合物进行非靶向修饰，例如生成任意衍生物（如转化产物TPs），随后筛选这些衍生物以获得活性与生物降解性等性能的改善。非生物降解性β受体阻滞剂的再设计是该类策略的典型案例：美托洛尔与普萘洛尔是两款被再设计以提升生物降解性的β受体阻滞剂。通过光解生成非靶向衍生物，并利用液相色谱-质谱(LC-MS)进行分析，修饰保留了属于药效团的分子片段，再通过QSAR分析与分子对接等计算机模拟工具筛选衍生物的生物降解性与药理效力，以封闭瓶试验(CBT 301D)体外验证潜力候选物的生物降解性，随后用计算方法评估候选物的类药性、无致突变性与遗传毒性，以及其他吸收、分布、代谢、排泄与毒性(ADMET)属性，最后通过细胞实验确证活性。结果显示，普萘洛尔的衍生物4-羟基普萘洛尔的体外药理活性与原药处于同一水平；美托洛尔的羟基化衍生物（无论是否发生芳环开环）均更易被好氧生物降解。该研究还表明，给药后4-羟基普萘洛尔会以代谢物4-羟基普萘洛尔葡糖苷酸的形式部分排泄，推测该代谢物可裂解为母体可生物降解化合物。
靶向再设计基于专家知识与分子设计规则，对现有分子的特征进行靶向优化。以环丙沙星为例，该抗生素在环境中降解缓慢，其芳环上的氟原子对抗菌活性至关重要，因此遵循BbD理念，在保留氟原子对活性贡献的前提下，对母体药物的R1与R2位点取代基进行合理调整。通过计算机模拟方法（QSAR、对接）以类药性、ADMET属性、活性与环境生物降解性为过滤条件筛选设计的衍生物，得到潜力候选物后经体外测试验证其药理活性、生物降解性与生态毒性。其中CIP-Hemi是最有潜力的候选物，以环丙沙星为核心结构，在N-1位点连接半缩胺醛醚连接子，该取代基在水环境（尤其是低pH条件下）可缓慢水解，在排泄后的膀胱中即可发生转化，其中一种水解产物可在环境中快速矿化；且CIP-Hemi与更稳定的终水解产物相比原药环丙沙星，遗传毒性与藻类毒性均显著降低，后者抗菌活性也有所下降。CIP-Hemi目前已获得专利，体现了BbD思路可催生新的商业机遇。
其他靶向再设计的案例还包括抗癌药物异环磷酰胺的优化：其衍生物经糖基化后意外实现了环境生物降解性的提升；5-氟尿嘧啶的相关化合物开发中，使用二氟阿拉伯糖与阿拉伯糖得到的衍生物药理活性略有不同，但生物降解率均更高——吉西他滨比阿糖胞苷生物降解性差，原因是糖片段中无氟原子时胞嘧啶片段更易被分解，二者均比5-氟尿嘧啶环境友好性更高，尽管并非专为生物降解性设计。异环磷酰胺经结构优化得到葡萄糖磷酰胺，属于氮芥类烷化剂，相比原药生物降解性提升，治疗效果相似且副作用更小，目前正处于III期临床试验，用于对比5-氟尿嘧啶治疗转移性胰腺癌。
角鲨烯是化妆品中常用的天然保湿剂，目前多源自橄榄或苋菜油，无需从鲨鱼肝脏提取，但其作为含六个双键的三萜烃，难以被酶生物降解，微生物降解角鲨烯的酶或基因至今未明确。角鲨烷由角鲨烯氢化得到，完全饱和，可快速生物降解，因此用角鲨烷替代角鲨烯可显著提升产品的生物降解性。
对不同设计策略的半定量比较显示：靶向路径（包括从头设计与再设计）通常具有更高的可预测性，在危害与暴露削减方面的潜力更大；非靶向路径的创新潜力更高，但与结果相关的不确定性与可控性更低。所选标准反映了SSbD框架的简化解读，涵盖安全、可持续、功能性与知识需求的核心维度，评分仅为示意，旨在凸显不同设计策略的相对差异。
除上述案例外，许多已上市的药物本身即在环境中可固有生物降解，无需分子修饰，证明可同时实现有效药理活性与生物降解性，如罗格列酮、青霉素V、乙酰水杨酸、吡拉西坦、美沙拉嗪、硝酸异山梨酯、异羟肟酸、丙戊酸及单克隆抗体（如艾美赛珠单抗、奥瑞珠单抗）等，均具有有利特性且被证实为固有或易生物降解，其促进生物降解的关键结构包括内酰胺、酰胺、酚、硫酯、硫醚、羧酸、2-吡啶氨基或肽基，以及带有给电子取代基的环（如2-乙酰氧基苯甲酸与邻羟基苯甲酸）。
还需注意，进入水生环境的化合物可能在污水处理中发生不完全生物降解或转化，形成结构常属未知的转化产物(TPs)，其浓度甚至可能高于母体化合物，且毒性可能更高。因此化学品生物降解的黄金标准是快速、完全矿化，即分解为水、二氧化碳（或碳酸盐）与无机盐等无害终产物，唯有全矿化才能确保水生环境中不会形成次级效应或持久性TPs。
化妆品原料的本质安全设计
消费者高度重视化妆品，日常平均使用超过7种不同化妆品产品。除高使用量外，每款产品均由含多种原料的复杂配方构成，典型化妆品配方含15–50种原料，即每位消费者每日使用超过500种化妆品原料。目前国际化妆品原料名称目录已收录30070种注册化妆品原料，纳米颗粒也被广泛用于配方中以提升产品性能，尤其是活性成分递送与配方创新。化妆品的高使用量叠加配方成分的多样性，导致大量此类化合物排入水生生态系统，带来显著环境风险——事实上，众多在用化妆品原料存在生物降解性差、排放后环境持久性的问题。
将BbD作为提升化妆品原料生物降解性的策略目前在文献中鲜有讨论。首先需从生物降解性角度评估化妆品原料的环境安全性，即通过解析化合物化学结构，识别哪些结构可能导致环境生物降解风险。计算机模拟方法在此环节尤为有用，但环境生物降解性预测模型仍有限，尚不适用于聚合物或复杂混合物，此类情况下可选择已知可生物降解的聚合物。通常会组合多个模型（统计模型与专家规则模型）以提升结果可预测性，通过结合基于计算机的模型（尤其是定量构效关系(QSAR)与对接方法）可提高预测可靠性。人工智能（尤其是人工神经网络）正逐步被用于提升生物降解性与生态毒性预测的准确性，通过整合复杂的化学、生物与环境大数据集，识别输入与结果之间的非线性关系。QSAR模型的核心假设是化合物的化学结构与分子性质与其理化及环境特征相关，当用于提升化学品生物降解性时被称为定量结构-生物降解性关系(QSBR)。通过QSBR预测的生物降解性以半衰期、生物降解速率与常数、理论需氧量(ThOD)与生化需氧量(BOD)等参数表征，需遵循一系列标准（如理解生物降解机制、按生物降解程度对化学品分类、收集多种化学结构数据）进行验证，以满足模型的适用域要求。现有多个QSBR工具（如BIOWIN、OCHEM、START、VEGA）及商业软件包可用于预测化学品的易生物降解性。尽管这些模型是早期预测生物降解性与生态毒性的有用工具，但其适用范围固有地局限于特定终点，无法涵盖化学品生产、使用与处置的全链条环境负担，因此应被视为补充性筛查工具，而非替代LCA与绿色指标等综合可持续性评估。这一互补思路体现在图13所示的BbD工作流中：针对新设计或结构修饰的化妆品原料，整合计算机模拟筛查、靶向实验验证与明确决策节点进行评估。
在数千种在用化妆品原料中，仅有少数被研究了化学结构与生物降解性的关联。典型不可生物降解的原料包括前文提及的TPBS、EDTA、三氯生、二甲苯麝香与角鲨烯，其化学结构均存在阻碍生物降解的特征。表3对再设计的EDDS进行了半定量比较，显示其在符合SSbD原则的前提下，环境性能提升的同时保留了功能属性。
此外，化妆品配方中常用的纳米颗粒的生物降解性也已因其潜在环境风险被研究：纤维素与淀粉基纳米颗粒虽可逐步降解，但未达到易生物降解标准；而以天然聚合物制备的聚合物纳米颗粒相比合成聚合物基纳米颗粒，生物降解性更优。
除前述原料外，全氟和多氟烷基物质(PFAS)也是一类广泛使用的合成化学品，包括化妆品在内的多种产品中均有应用。所有PFAS虽化学结构各异，但均具有牢固的碳-氟键，这是其环境持久性与抗降解性的共同原因。经合组织(OECD)报告显示，在化妆品中共识别出36种PFAS，包括全氟己基乙基三乙氧基硅烷、聚四氟乙烯、十四烷基氨丁酰缬氨酰氨丁酰脲三氟乙酸盐、三氟丙基环四硅氧烷与三氟丙基环五硅氧烷等。PFAS在化妆品配方中的使用叠加其环境持久性，导致空气、水与土壤污染水平上升，部分PFAS还可逐步在动物与人体内累积，带来潜在健康风险。部分PFAS可不完全降解为有毒且如今在环境中无处不在的三氟乙酸(TFA)，连接于其他碳原子的三氟甲基是其主要前体官能团，避免使用该基团已是BbD的重要步骤。此外，化妆品中的多种有机硅（如八甲基环四硅氧烷(D4)、十甲基环五硅氧烷(D5)、十二甲基环六硅氧烷(D6)）正被欧洲化学品管理局(ECHA)评估是否归类为持久性有机污染物(POPs)，此类物质对生物、化学与光解过程均具抗性，在环境中持久存在；聚硅氧烷也无环境生物降解性，其结构中的高度支化链显著阻碍生物降解，且硅氧键为自然界不存在的化学键，微生物缺乏足够的分解机制。根据《欧盟水框架指令》与《欧盟可持续活动分类法》，包括化妆品工业在内的水污染贡献行业可能因需出资升级污水处理基础设施而被追责，这反映了更广泛的“污染者付费”政策转向，旨在减少持久性与非生物降解性物质向环境的排放。因此，将生物降解性与环境安全性纳入产品开发设计的早期阶段，不仅是环境责任要求，也可能成为经济层面的必然要求。
尽管角鲨烷、EDDS等可生物降解化合物已被识别并用于化妆品配方，但可生物降解原料的使用仍十分有限，BbD原则的系统性实施尚未普及，这也导致新的商业机遇缺失。当前的努力主要集中在单个原料的替换，而非从开发早期就同时考虑功效、安全性与环境归趋的整体设计策略。此类策略可催生更优、更绿色、更可持续的新产品，BbD正是其起点。制药行业的实践已证明可将BbD整合入现有药物设计流程，这为BbD在化工、化妆品、制药及其他行业的落地提供了支撑。亟需开发适配化妆品领域、兼顾配方复杂性与皮肤相容性的设计框架、预测模型与实验筛查工具，不同工业领域（化工、制药、农药、洗涤剂）可相互借鉴知识与经验以加速进程。洗涤剂、制药与农化等已更系统地实施环境生物降解性的行业提供了宝贵经验，将QSBR、绿色化学指标与LCA工具适配至化妆品领域，可加速环境安全型化妆品原料的开发。LCA与生命周期思维对更良性的化妆品原料设计至关重要，单一阶段的孤立改进可能被价值链其他环节的影响抵消：例如高工艺效率（如提升原子经济性或减少溶剂使用）可降低从摇篮到大门的环节环境负担，但如果原料生物降解性差，在使用与报废阶段仍会导致水生持久性与长期生态系统暴露；反之，高生物降解性化合物可能需要高能耗的合成或纯化过程，存在生命周期权衡。因此整体可持续性评估必须平衡合成效率、生物降解性与下游环境归趋。对化妆品而言，这意味着应优先选择兼具高效生产与使用后快速环境生物降解性的原料，同时考虑包装与消费者使用模式的累积影响。
为实现这一范式转变，未来研究需聚焦于绿色化学原则（尤其是BbD）的结合及其在化妆品原料开发中的实际应用，通过建立协作性多学科框架开发并评估新型可生物降解化合物，填补研究空白、促进可持续创新、确保合规性与提升消费者信心。此外还需具备更广阔的视角，不仅打造更绿色的化妆品工业，更要类比可持续化学与药学，构建更可持续的化妆品产业体系。
结论(CONCLUSIONS)
生物降解是将有机化学品转化为更简单物质的基础微生物过程，理想终产物为环境无害的无机物，黄金标准是全矿化即降解为水、二氧化碳（碳酸盐）与无机盐。尽管提升化学品的生物降解性对减轻环境影响至关重要，但一方面需注意生物降解并不总是进展至全矿化：不完全生物降解会形成转化产物(TPs)，其持久性、生物累积潜力与毒性可能与母体化合物差异极大。因此化学品设计不仅要优先考虑快速、广泛的生物降解性，还要最小化有害TPs的生成。另一方面，BbD方法的应用可促进新分子的开发或现有分子的修饰（实际上也会产生新的可专利分子），在提升环境生物降解性的同时甚至改善应用性能，激励研究者探索化学宇宙的新区域。从头设计是通过靶向或非靶向方法创建新分子，再设计则是修饰现有分子。提升生物降解性的关键设计规则已较为明确：碳数小于C8的直链烷基、含氧功能基团、糖与肽片段、带给电子取代基的芳环均有利于生物降解；而大体积支链、特定功能基团、卤素与复杂结构则会阻碍生物降解性。
鉴于化妆品的广泛使用、特定原料的显著环境影响及即将出台的新规，有必要实施已在原料药与化学品领域得到有效验证的策略，BbD即为典型代表。尽管目前尚无文献报道BbD在化妆品原料中的应用，但其作为前瞻性预防策略，有望提升有害化妆品原料的生态友好性，同时创造新的商业机会。
但可生物降解化合物的设计仍面临挑战，需解决应用期间的足够寿命、非生物可利用性与成本效益等问题。此外，REACH法规(EC) No 1907/2006、《欧盟可持续化学品战略》等监管框架已将化学品（包括化妆品原料）的生物降解性与环境影响评估纳入考量，ECHA、EC及各成员国主管环境问题的当局正讨论监管新要求，部分化妆品原料的使用可能受限。欧盟化妆品法规(EC) No 1223/2009目前正在修订，与《欧盟可持续化学品战略》保持一致，已完成公众咨询。典型例证是ECHA提议禁止氟化化合物，反映了监管层面对减少环境持久性污染物的举措，契合《欧盟可持续化学品战略》下建设无毒环境的更广泛欧盟目标。在此背景下，安全可持续设计(SSbD)作为未来化学品与产品创新的指导框架正愈发重要，BbD是SSbD的核心基础，尤其适用于因使用模式不可避免会释放到环境中的物质（如多数化妆品原料）。IRISS项目（加速向安全可持续设计材料、产品与工艺转型的国际生态系统）等倡议将化妆品产品列为BbD可实现更安全、更可持续替代品的产业链，强调了早期设计策略需预判环境归趋、最小化长期生态风险的必要性。此方向的研究与创新对提升化妆品产业的可持续性与环境意识愈发必要，将是化妆品产业从更绿色走向更可持续的重要基石。
