基于WOS數據庫的國防生物安全領域研究熱點

廣義的生物安全涉及所有的生物因素、環境條件、危害形式與法律法規等，表述為由各類生物因子以及生物技術濫用所引起對人類遺傳、公共健康、生物多樣性和環境(特別是農業和生態環境)的生物性危害[1]。國防生物安全領域則主要是與軍事、暴力恐怖等相關的生物安全相關研究。

從國外國防生物安全領域的發展看，美國在該領域的研究處于領先地位，自2001年“911 事件”和“炭疽事件”發生后，美國在生物安全領域的投入迅速增加，在傳染病載體的基礎研究、生物安全事件的預警和應急處理方面，投入巨大[2]。法國P4實驗室建設走在了世界的前列，該國的讓·梅里厄P4實驗室成為世界P4實驗室的典范。英國政府在2018年發布的《英國生物安全戰略》中指出，英國政府為保護英國及其利益免受重大生物風險，應充分了解、有效預防、及時檢測和快速處置，還應具備強大的科學基礎實力，并充分發揮工業界和學術界在生物安全方面的作用等。可見各國對國防生物安全領域都非常重視。

本文利用Web of Science檢索平臺、DDA分析工具以及SPSS 19.0統計分析工具，系統揭示國防生物安全領域的研究熱點和重點，為我國相關科研人員提供參考。

1 數據與方法

數據來源于SCI-E(Science Citation Index Expanded)和ESI(Essential Science Indicators)等相關數據庫，檢索策略為Bioterrorism or "Biological terrorism" or Biohazard or "Bio terrorism" or "biological warfare"，檢索時間范圍為1999年1月1日至2018年12月31日，檢索日期為2019年2月15日。

引文分析法是目前國內外學術界公認的科研績效評價的方法，而采用SCI-E和ESI等相關數據庫進行科技論文的收錄及引用情況的統計分析，已成為評價科研學術機構研究能力和科研業績表現的主要參考依據之一[3]。本文采用文獻計量學、繪制聚類譜系圖、戰略坐標圖等方法，利用SCI-E及相關數據庫對國防生物安全領域1999-2018年科技論文發表情況進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 國防生物安全領域發文情況

經檢索，1999-2018年期間共有4 427篇國防生物安全領域論文被SCI-E收錄，其年代分布如圖1所示。整體來看，科技論文產出呈現比較平穩的發展態勢。其中2002-2006年，即2001年發生的“911 事件”和“炭疽事件”后的5年，國防生物安全領域成為了研究熱點,研究數量達到頂峰。這與美國國家科學基金在生物安全相關領域的資助從 2000 年開始資助經費明顯增加并在2003-2005年達到高峰[2]密切相關。

圖1 國防生物安全領域1999-2018年科技論文產出數量及趨勢

4 427篇論文主要來源于EMERGINGINFECTIOUSDISEASES，VACCINE，CLINICALINFECTIOUSDISEASES，PLOSONE，JOURNALOFCLINICALMICROBIOLOGY等20種期刊。根據布拉德福定律(二八定律)，這20種期刊代表了國防生物安全領域質量高、信息量大、使用率高的核心期刊[4]。研究國防生物安全領域的主要科研機構中美國為主力軍，包括美國CDC、美國陸軍和美國國防部，美國高校也參與了國防生物安全領域的科研，如加州大學、哈佛大學等高校[5]。從國防生物安全領域的基金支持情況看，軍事大國無不重視該領域的相關研究。如美國在國防生物安全領域的投入巨大，國防生物安全的科研得到了美國國立衛生研究院、美國國防部、美國CDC等多渠道的支持；而中國國家自然科學基金、歐洲委員會基金也對該領域進行重點資助[6]。

2.2 國防生物安全領域的學科主題分析

根據對科研機構某一時期科技論文的學科主題的聚類分析，可以判別該科研機構比較活躍的研究領域。根據SCI-E的學科主題類目(Subject Catalog，SC)分類統計，國防生物安全領域近20年被SCI-E收錄的論文涉及到的學科主題類目共112個。表1列出了9個比較活躍的學科，其中Microbiology(微生物)、Infectious diseases(傳染病)、Immunology(免疫學)、Public,Environmental & Occupational Health(公共、環境和職業衛生)4個學科主題領域發表論文數量較多，均高于400篇。從表1可看出，發表論文最多的學科主題為“Microbiology(微生物學)”，共發表論文451篇，占23.58%。

2.3 科技論文的引證分析

科技論文引證分析的指標主要包括被引頻次、h指數等。科技論文的被引用頻次是衡量研究成果被同行關注程度的重要指標，是衡量論文的影響力的重要標準。《科學評論索引》(ISR)認為，如果一篇闡述一種理論的論文被他人引用頻次大于50次，則該論文可以作為所屬學科的經典論著；如果關于一種繼承性研究而連續發表的論文被他人引用次數大于10次，則這些論文的總學術價值相當于專著。h指數(H-index)又稱H因子(h-factor)，代表“高引用次數”(high citations)，能夠比較準確地反映一個人的學術成就，一個人的h指數越高，則表明他的論文影響力越大[7]。

表1 國防生物安全領域1999-2018年前9個比較活躍的研究領域

1999-2018年，SCI-E收錄的國防生物安全領域的4 427篇論文的總被引次數為105 928次，篇均被引用次數為24次，年均的被引用5 296次。在國防生物安全領域的被引頻次排名前10的單篇論文中(表2)，被引頻次最高的論文是2001年發表在NATURE上的” Genome sequence of Yersinia pestis,the causative agent of plague”，它主要對鼠疫耶爾森菌的基因組序列進行了研究。此外，被引排名前10的論文還對豬布魯氏菌、兔熱病、炭疽芽孢桿菌、Q熱、埃博拉出血熱等烈性傳染病及病原體進行了研究。

2.4 科技論文的關鍵詞聚類分析

關鍵詞是為反映文獻主題內容和滿足文獻檢索需要而從文獻中選取的詞或詞組，是學術論文的重要組成部分，能夠揭示文獻的主題信息，是對文獻最核心的內容、思想觀點和論證方法的提煉和概括，雖然只是3～8個詞，在論文中所占篇幅最少，但卻是論文的精髓[8]。對文獻關鍵詞的分析包括關鍵詞的詞頻分析和共詞聚類分析。其中，詞頻分析是提取研究對象的關鍵詞進行詞頻統計，篩選出高頻關鍵詞，進而分析研究對象的熱點、前沿及發展方向；共詞聚類分析則是內容分析法的一種，其運算過程主要是兩兩統計主題詞在同一篇文獻中的出現頻率，以詞對頻率為統計對象，采用聚類算法的數據挖掘方式，把詞間關系密切的主題詞聚集成類，形成一個個類團[9]。

表2 國防生物安全領域被引頻次前10的論文

以上述4 427篇論文被引次數超過100次的121篇論文的關鍵詞為研究對象，采用詞頻分析法、共詞聚類分析法等方法進行分析。首先，利用DDA分析工具構建高頻詞共詞相似矩陣，并導入SPSS 19.0軟件中，得到聚類樹狀圖(圖2)。從圖2可看出，國防生物安全領域SCI-E論文的研究方向主要包括以下幾類。第一類：天花、牛痘疫苗的接種及流行病學研究，關鍵詞主要是smallpox，vaccine，Epidemiology，vaccination，vaccinia；第二類：生物恐怖相關傳染病炭疽、兔熱病、肉毒桿菌等的研究，關鍵詞主要是Bioterrorism，anthrax，plague，tularemia，botulism；第三類：炭疽芽孢桿菌、土拉弗朗西斯酵母菌、鼠疫耶爾森氏菌等的檢測及凈化消除的相關研究，關鍵詞主要是Bacillus anthracis，Francisella tularensis，Yersinia pestis，detection，decontamination；第四類：生物恐怖的預防與監測的相關研究，關鍵詞主要是terrorism，public health，ricin，biological warfare，emergency preparedness，preparedness，surveillance，biological weapons，infectious disease，smallpox vaccine，Vaccinia virus，Vaccines，Botulinum neurotoxin。

2.5 國防生物安全領域的關鍵詞戰略坐標分析

戰略坐標圖最早由Law 等提出,用來分析某個領域各主題的分布情況。該指標可以反映某一領域研究內容的內部聯系情況以及相互影響，主要由2個指標密度和向心度來度量。密度和向心度的計算方式有很多種，本次研究密度采用的是類團內兩兩共現頻次總和除以類團內關鍵詞總個數，向心度的計算方式則采用類團間兩兩共現頻次總和除以該類團內關鍵詞總個數的計算方法[10]。國防生物安全領域各主題類團的向心度值和密度值詳見表3。

圖2 高頻詞共詞網絡截圖

表3 國防生物安全領域各主題類團的向心度值和密度值

根據國防生物安全領域的主要關鍵詞列表，筆者把主要關鍵詞分成了4個類團。類團1：生物恐怖的預防，主要關鍵詞有vaccine，disaster planning，immunization等；類團2：微生物、毒素等相關疾病的流行病學研究，主要關鍵詞有Epidemiology，infectious disease，disease outbreaks等；類團3：生物恐怖事件的癥狀監測、預警，主要關鍵詞有syndromic surveillance，biosensor，detection等；類團4：疫病的治療、疫情的控制和消除，主要關鍵詞有decontamination，infection control，treatment等。

戰略坐標圖分為4 個象限，類團分布在這4個象限中，客觀反映了研究發展現狀。用X 軸表示向心度，用Y 軸表示密度，兩個軸的平均數(0.5375，2.6875)為坐標原點，繪制了20年間國防生物安全領域熱點研究主題的戰略坐標圖(圖3)。在X 軸方向，主題類團的位置越靠右，則其向心度值越大，與其他主題類團中的關鍵詞共現的可能性也就越大，是關注的熱點。從圖3中可以看出，當前對生物恐怖的預防排在了最前面，為該領域的熱點；如何預防生物恐怖事件，仍然是這個時期最大的難點和熱點；Y 軸方向，類團主題的Y 值越大，密度值越大，表示類團內部關鍵詞之間的聯系越緊密，即說明該領域的研究較多，并且研究趨于成熟。圖3顯示，對生物恐怖事件的監測、預警技術以及微生物、毒素等相關疾病的流行病學研究的相關技術已經趨于成熟，科研人員關于應對生物恐怖的方法的研究比較廣泛。圖3還顯示，疫病的治療、疫情的控制和消除相對于其他3個領域的研究較少，這部分研究主要涉及臨床醫學和消毒學。

圖3 生物安全領域熱點研究主題戰略坐標圖

2.6 國內外軍事科研單位的研究重點和熱點分析

對國防生物安全領域4 427篇論文的作者單位進行了限定。選取美國國防部、美國陸軍、印度國防研究與發展部、印度國防研究與發展機構、英國國防科技實驗室、美國空軍、美國陸軍工程兵團、沃爾特里德陸軍研究所、美國陸軍研究開發工程中心司令部、沃爾特里德國家軍事醫療中心、中國軍事醫學科學院、美國陸軍傳染病醫學研究所、捷克共和國國防大學、軍事衛生流行病學研究所、圣安東尼奧軍事醫療中心、瑞典國防研究局、美國陸軍研究實驗室、陸軍醫療獸醫研究中心、加拿大國防研究發展部、美國國防威脅降低局、中國第四軍醫大學、土耳其Gülhane軍事醫學科學院、以色列國防軍醫療部隊、美國海軍等25家與軍事相關機構的論文353篇，利用DDA分析工具生成軍事科研機構及關鍵詞的互相關圖(圖4)，以期對軍事相關機構的研究熱點進行分析。國內外軍事醫學研究所主要對生物毒素、炭疽、西尼羅病毒、西方馬腦炎病毒等細菌、病毒的檢測、預防和相關疫苗進行研究。各個國家主要的研究方向也有所不同，如美國海軍醫學研究中心還對未知樣本的快速檢測進行了重點研究，意大利陸軍醫療與獸醫中心對布魯氏菌進行了深入研究，加拿大國防研究與發展中心則主要對西尼羅病毒和西方馬腦炎病毒進行了研究，英國國防科技實驗室主要對蓖麻毒素進行了研究，波蘭軍事衛生與流行病研究所更關注微生物氣溶膠。

圖4 國防生物安全領域軍事機構研究熱點

3 結論與討論

研究結果顯示，近20年國防生物安全領域的科技論文呈現比較平穩的發展態勢，軍事大國都比較重視該領域的相關研究，尤其是美國，不僅發文最多，而且除了關注監測、預防，還重視快速檢測。微生物、傳染病、免疫、公共環境與衛生4個學科主題在該領域比較活躍。

3.1 美國在國防生物安全領域投入巨大

從國家的發文的情況來看，美國遙遙領先，美國CDC、美國國防部、美國陸軍以及美國的高校是發文的主力。截至2017年，僅美國國家科學基金會在生物安全相關領域已資助的項目已337項，累計約1.26億美元。

3.2 國防生物安全領域的研究重點主要集中于監測、預防

國防生物安全領域的研究熱點主要是關于天花、牛痘疫苗的接種及流行病學研究，生物恐怖相關傳染病炭疽、兔熱病、肉毒桿菌等研究，炭疽芽孢桿菌、土拉弗朗西斯酵母菌、鼠疫耶爾森氏菌等的檢測及凈化消除的相關研究，生物恐怖的預防與監測的相關研究等。其中，如何預防生物恐怖事件，仍然是最大的研究難點和熱點。對生物恐怖事件的監測、預警技術以及微生物、毒素等相關疾病的流行病學研究的相關技術已經趨于成熟，對于應對生物恐怖的方法，科研人員的研究比較廣泛，而對于疫病的治療、疫情的控制和消除相對于其他3個領域的研究還較少，但或許會成為未來研究熱點。

3.3 各國軍事科研機構重視對新發傳染病病原體的研究

從軍事科研機構的主要關鍵詞中發現，國內外軍事醫學研究所主要對生物毒素、炭疽、西尼羅病毒、西方馬腦炎病毒等細菌、病毒的檢測、預防和相關疫苗進行研究。各國主要的研究方向也有所不同，如美國海軍醫學研究中心還對未知樣本的快速檢測進行了重點研究，意大利陸軍醫療與獸醫中心對布魯氏菌進行了深入研究，加拿大國防研究與發展中心則主要對西尼羅病毒和西方馬腦炎病毒進行了研究，英國國防科技實驗室主要對蓖麻毒素進行了研究，波蘭軍事衛生與流行病研究所更關注微生物氣溶膠。

通過上述研究，筆者認為對于新發傳染病預防、監測的研究是國防生物安全領域的重點，但隨著合成生物學及生物交叉技術的迅速發展，國防生物安全受到了巨大的挑戰。如何快速控制、消除疫病，防止國防生物安全事件的擴大，勢必成為該領域的研究難點和重點。這需要國家建立完善的預警、監測機制，建立更多高等級的實驗室為恐怖主義行為提供診斷和消除的技術和儀器支持，更需要提高全民對生物恐怖事件的認知水平，減少不必要的恐慌。

4 結語

本文借助 Web of Science檢索平臺、DDA分析工具以及SPSS 19.0統計分析工具，分析了近20年國防生物安全領域論文產出情況、研究的學科主題、核心關鍵詞、研究方向的戰略坐標圖及國內外軍事科研單位的研究重點和熱點。總體看來，研究的面很廣，但是缺乏比較有一深度的挖掘。如對于該領域資助的基金，僅僅分析到基金分布情況是不夠的，對軍事醫學相關基金重點資助該領域的研究方向、機構和主要科研團隊的深入挖掘更有意義。下一步，我們將在本文的基礎上，逐步細化該領域的研究脈絡，更深入地研究該領域主要技術路線圖，從而進一步揭示該領域的發展現狀和趨勢。