基于Citespace 的光動力殺菌技術研究進展可視化分析

施 源，李 璟，胡嘉淼,2，林少玲,2,*

（1.福建農林大學食品科學學院，福建福州 350002；2.農業農村部食用菌加工及綜合利用技術集成科研基地，福建福州 350002）

光動力技術（PDT）作為一種冷殺菌技術，其工作原理主要為光敏劑被一定波長的光所激發，產生活性氧分子，進而通過氧化作用破壞核酸、蛋白質及脂質等生物分子，從而達到滅活微生物的作用[1]。公元前3000 年左右，人類就已經通過陽光對皮膚類疾病進行治療，但添加感光物質以增加光療法效果的想法可追溯至十九世紀末，那時逐漸有學者對于光療法進行系統的研究，從而開啟了現代光動力治療的新局面[2]。目前，光動力技術已被廣泛地應用于醫療、化學等領域，近幾年，其在食品、環境等領域也得到了長足發展[3]。相比于熱殺菌和其他冷殺菌方法，該殺菌技術擁有如下優點：殺菌廣譜性高，可以殺滅多數革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，同時不易使細菌產生耐藥性[4-5]；滅菌速度快，通?？梢栽诤芏痰臅r間內滅活大量的細菌[6-7]；能耗低，環保清潔[8-9]；通過對光敏劑的篩選、改造[10-11]以及聯合納米球技術[12]可以實現靶向性殺菌等。

長期以來，國內外學者持續關注光動力技術在臨床方面的應用（如殺傷腫瘤、病毒及治療皮膚疾病、血管性疾病等相關研究）[13-15]。自2009 年開始，光動力技術在滅活食源性致病菌方面的潛力也日益受到重視，相關科研論文數量日益增多。其主要聚焦于微生物的滅活效率、光敏激活劑的種類、激活光動力的方法等方向[16]。然而，目前尚未見到在較長時間尺度上收集并總結全球光動力殺菌技術研究的系統性分析，且國內外相關的研究熱點、研究前沿及未來的發展趨勢等尚不明朗，因此，有必要針對近20 年來光動力滅菌研究進行全面梳理[17]。

Citesapce 是美籍華裔博士陳超美發明的一款可視化分析軟件，其工作原理是在共被引理論和尋徑網絡算法的基礎上，對所收集到的文獻進行計量分析[18]。同時，Citespace 還擁有聚類分析和突現檢驗功能，能夠對特定領域的研究熱點和研究趨勢進行有效分析。文獻計量學分析是以文獻體系及其計量特征為研究對象，采用數學和統計學的方法研究文獻的分布結構、數量關系及變化規律，進而分析、評價和預測科學技術的發展特征和規律，已被廣泛應用于諸多研究領域[19]。

目前，對于光動力滅菌技術及其食品領域應用的文獻計量學文章仍然非常少見。因此，本文采用文獻計量學方法對2002～2022 年間全球光動力殺菌技術的研究進行了系統回顧，在對相關文獻進行量化分析的同時，借助可視化文獻分析工具Citesapce，分析了該研究領域的研究熱點與發展前沿。與傳統的文獻綜述相比，本研究是基于量化分析的手段對光動力殺菌技術研究領域在較長時間尺度上的發展進行回顧和可視化的新嘗試，以便幫助國內學者及時跟蹤世界范圍內該領域的研究現狀與發展趨勢，可為科學研究人員和政策制定者開展相關工作提供準確指導。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源與搜索策略

本文所有文獻數據均來源于Web of Science（WOS）核心數據庫，幾乎覆蓋了世界上最重要和最有影響力的文獻，是學術和文獻計量研究中使用最廣泛的數據庫之一[20]。為提高調查結果的準確性，本研究的搜索策略為：在WOS 核心數據庫中分別搜索四個相關主題的關鍵詞，即：#1（TS=photodynamic）、#2（TS=inactivation）、#3（TS=antimicrobial）、#4（TS=sterilization），將#1、#2、#3 以AND 的方式進行組配，生成#5。同時#1、#4 以AND 的方式進行組配，生成#6，然后將#5 和#6 以OR 的方式進行組配，這樣可以提高相關文獻的查全率。同時檢索的文獻類型為Article（研究型論文）和Review（綜述型論文），檢索的語言為英文，時間跨度為2002 年1 月1 日至2022 年12 月31 日。經過數據處理，檢索到2002—2022 年發表的文獻共1567 篇，其中Article和Review 分別有1385 和182 篇，同時，由于檢索內容有涉及腫瘤和手術學科，而這兩類學科并不在本研究的范圍內。因此，本研究通過WOS 系統，將腫瘤和手術學科自動排除。共排除相關文獻316 篇，最終共檢索文獻為1251 篇，其中Article 和Review 分別為1086 和165 篇，同時本研究將所有提取的數據進行量化分析。文中所有數據均于2023 年6 月27 日提取，以避免由于該數據庫的每日更新而導致的偏差[21]。

1.2 研究方法

利用文獻計量學方法對收集到的文獻進行量化分析，發文量、國家、期刊、研究方向、發文機構、作者、高被引論文等使用WOS 系統自帶統計分析功能進行統計分析[21]。需要注意的是，若一篇文獻由多個國家的作者合作完成，WOS 平臺會將這些信息自動算入該國家的數據中，一定程度上會導致數據重合，但不會對研究現狀的總體分析產生明顯影響。將所有文獻從WOS 核心數據庫下載為txt 格式文本，按照研究內容的需要導入文獻可視化軟件進行分析。Citespace6.2.R4 具有可視化分析功能，其能夠對發文國家、發文機構、以及發文作者之間地合作關系進行共現分析，通過連線的疏密來挖掘各個節點之間合作關系的緊密程度[22]。同時，該軟件還具備對關鍵詞進行共現和聚類分析，能夠將意思相近的關鍵詞聚成一類，可以很好的觀察其研究所涉及的領域[21]，通過關鍵詞突現，可以很好地發現該研究領域的研究熱點，并能夠對未來的研究趨勢進行分析[23]。在分析時，本研究將時間分段（time slicing）選擇為2002 年1 月至2022 年12 月，時間分區（years per slice）設置為每1 年；節點類型（node types）分別選擇作者（author）、國家（country）、機構（institution）和關鍵詞（keyword ）進行分析；節點閾值（top N per slice）選擇30 或50 修剪（pruning）選擇 pathfinder 和pruning sliced networks 組合[24]。除此之外，本研究在數據處理和模型構建和預測上還使用了Excel 2016 進行處理和預測。

1.3 研究指標

本文從文獻的發表數量和質量2 個維度出發，采用發文量、被引頻次、H 指數、影響因子等指標進行文獻計量分析，這些指標一定程度上可反映出國家或作者在某領域的研究水平和學術地位。發文量即論文的產出篇數，是衡量科研生產能力的重要指標。被引頻次是指該統計項目的論文或某篇論文被其他論文作為參考文獻的次數，包括總被引頻次和篇均被引頻次，反映出論文在該領域的價值和被關注的程度。H 指數是指將相關統計項目所發表的文章按照被引頻次進行從高到低的排序，至少有h 篇文獻被引用了至少h 次。H 指數在綜合了引文質量與論文數量的前提下，由于其計算結果相對穩定，可以很好地分析文獻的質量，因此其逐步應用于期刊、科研機構以及研究專利和基金等領域評價中。期刊影響因子和JCR 分區收集自2022 年公布的期刊引文報告（Journal Citation Reports），是反映期刊的學術水平和論文質量的重要指標[25]。

2 結果與分析

2.1 光動力殺菌技術國內外發文量的變化趨勢分析

分析發文量隨年份的變化趨勢，可在一定程度上了解光動力殺菌技術相關領域的研究進展。如圖1 所示，在2002～2008 的7 年時間內，全球關于光動力殺菌技術研究的年均發文量均≤10 篇，2008 年之后，全球在光動力殺菌技術研究的發文量上以每年數十篇的數量增長，且在近5 年內，增長速度明顯加快。在2021 年，文獻發表量達到目前最高水平，為236 篇，當年發文量接近2002～2014 這13 年間的發文總量，且接近2002～2022 年發文總量的五分之一，這表明光動力殺菌技術的研究熱度逐漸上漲。由此可見，作為一種冷殺菌技術，光動力技術還是具有不錯的潛力和發展前景[26]。從圖1 的數據可以看出，中國在“光動力殺菌”領域的研究起步較晚，直至2010 年國內才出現了相關課題的英文研究論文，且國內在該技術的相關發文量僅為全球發文量的十分之一。但近3 年，國內的發文數量呈現出明顯的增長趨勢，表明國內學者近些年在相關領域的研究取得了較大的進展，但還具有很大的研究空間。收集的數據通過Excel 2016 多項式趨勢線，大致模擬了全球和中國文獻發表數量隨著年份的變化關系，該趨勢線模型擬合結果良好，決定系數R2分別為0.9715 和0.9561（圖1）。從趨勢線可以預測，2023 年全球和中國發文量將分別會接近270 篇和85 篇。而截止至2023 年6 月27 日，WOS 核心數據庫收錄的全球和中國的2023 年實際發文量已分別達95 和29 篇。

圖1 國內外光動力殺菌技術相關研究的發文量及增長趨勢Fig.1 Number of publications and growth trend of photodynamic bactericidal technology research in the global

2.2 光動力殺菌技術發文國家及國際合作分析

從發文的國家數量來看，2002 年全球僅有4 個國家發表相關研究的論文，且均為英格蘭、美國、荷蘭和韓國這四個發達國家和地區；而2021 年全年，全球共有54 個國家發表相關研究的論文，相比于20 年前，發文數量有顯著的增加，且發文國家和地區涵蓋了發達國家和許多發展中國家。這表明光動力殺菌技術的研究已經引起了全球科學家的重視。2002～2022 年間，全球共有74 個國家發表了相關研究的論文。發文量排名如表1 所示，其中發文量排名前三的分別為中國、美國和巴西。這三個國家所對應的發文量分別為312、214、155，分別占總發文量的19.91%、13.66%和9.89%。遠高于第四名的德國（其發文總量為91，占世界總發文量的5.81%）以及其他國家。

表1 發文量前10 國家的各類指標Table 1 Indicators of the top 10 countries by number of publications

隨著中國科技、經濟實力的不斷進步，近些年來，中國在科研上的投入占比逐漸加大，高效環保的冷殺菌技術廣泛應用于國內的諸多領域，這可能是近年來來自中國的科研工作者所發表的光動力殺菌相關文獻快速增多的重要原因之一。在發文量前10 的行列里，發展中國家除了中國和巴西，僅剩波蘭和阿根廷。在被引頻次上，全球篇均被引頻次為33.18，美國的被引頻次和H 值大大領先于全球任何一個國家，中國的被引頻次位居第二位，巴西第三位。在H 值上，中國的H 值位居第二位，巴西的位居第三位。但同時，中國的篇均被引頻次為32.20，巴西的篇均被引頻次為30.74，均低于全球平均水平，且遠低于西方發達國家，如美國（52.72）、葡萄牙（45.34）、英格蘭（49.81）和意大利（42.79），但與波蘭、西班牙等國家相近，且遠高于阿根廷。由此可見，在研究成果的影響力上，中國、巴西等發展中國家雖遠低于歐美發達國家，但在國際上仍具備一定的影響力。因此，發展中國家在研究的質量上還有很大的提升空間。

在全球化的背景之下，國家之間的學術交流有利于科學技術的進步。本文使用Citespace 軟件對發文國家進行共現網絡分析，以了解不同國家在2002～2022 這21 年之間的合作關系，這21 年間全球有發表該研究課題的國家和地區的合作情況大致如圖2 所示，圖2 中的節點代表不同的國家，其大小代表發文量，連接節點的線條表示國家間的國際合作，線條的數量代表了合作的密切程度。如圖2 所示，巴西、美國和中國是三個最大的網絡節點，說明這三個國家在該項目的研究上位列全球前三。在合作關系上，有發表相關研究的國家之間均有不同程度的合作，其中，全球與歐美發達合作的國家數量明顯高于發展中國家。由圖3 可知，在與中國的合作中，全球大致有三十個國家在該項目上與中國進行合作，這其中涵蓋了發達國家和發展中國家。由此可見，中國在向發達國家學習先進技術的同時，也向發展中國家貢獻中國的研究成果[27]。但不可否認，由于在光動力殺菌領域的研究起步較晚，中國與歐美發達國家尚存在一定的差距。因此，如果條件允許的情況下，應該提供更多的機會和平臺，加強中國科學家與歐美國家的學者在該項技術上的學術交流[28]。

圖2 不同國家（地區）間關于光動力殺菌研究的共現網絡圖譜（僅標注發文量排名前10 的國家）Fig.2 Co-occurrence network of photodynamic sterilization studies in different countries (regions) (only the top 10 countries with the most published articles were marked)

圖3 中國與其它國家（地區）間開展共線網絡的圖譜Fig.3 Map of collinear network between China and other countries (regions)

2.3 光動力殺菌技術發文期刊及其指標分析

從作為文獻傳播載體的發文期刊的角度來看，在2002～2022 年間，全球共有348 家期刊出版了有關“光動力殺菌技術”方面的論文，其中發文量前10 的期刊如表2 所示，發文量均在19 篇以上，排名前十的期刊合計發文量占比高達30.30%。其中，Journal of Photochemistry and Photobiology Biology以92 篇的發文量成為全球發表光動力殺菌技術研究成果最多的期刊，占總發文量的7.35%，排名第二和第三的分別為Photochemistry Photobiological Science 和Photochemistry and Photobiology，發文量分別為58 和37 篇，分別占總發文量的4.64%和3.12%。在這10 種期刊中，6 種期刊位列Q1 分區，2 種位列Q2 分區，2 種期刊位列Q3 分區。這10 種期刊在2022 年的影響因子分布在1.914 到10.383之間，且除Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 的影響因子在1.914 之外，其余的影響因子均在4 以上。其中Acs Applied Materials Interfaces 的影響因子最高，為10.383。分析表明，這些期刊中，有的是出版光動力技術研究成果的專屬期刊，有的則是由一類特定研究領域所構成的期刊。其中，Journal of Photochemistry and Photobiology B-Biology、Photochemistry Photobiological Science 和Photochemistry and Photobiology 為出版光動力技術研究成果的專屬期刊。在2002～2022 年間，Journal of Photochemistry and Photobiology B-Biology 期刊共出版光動力技術相關論文4028 篇，其中光動力殺菌技術的論文數量為92 篇，占比為2.28%，Photochemistry Photobiological Science 期刊共出版光動力技術相關論文4078 篇，其中光動力殺菌技術論文的數量為58 篇，占比為1.42%，Photochemistry And Photobiology 期刊共出版光動力技術相關論文3934 篇，其中光動力殺菌相關論文數量為39 篇，占比為0.99%。從占比情況上分析，關于光動力殺菌技術的論文在光動力技術研究成果的專屬期刊中占比并不算高。由此可見，光動力殺菌技術在光動力技術的研究當中并不成熟，而在該領域較為成熟的為光動力技術在醫學上的應用，包括抗腫瘤和口腔治療上的應用。此外，這10 種期刊主要涉及的領域大都為化學領域，說明光動力技術在化學領域已有了廣泛的研究基礎以及成果，當然，化學領域是一個較大的門類，其具體包含食品等多個門類。

表2 發文前十的期刊的各類指標Table 2 Indicators of the top 10 periodicals published in publications

2.4 光動力殺菌技術的WOS 研究類別分析

按WOS 平臺對文獻研究方向進行歸類，將關于光動力殺菌技術的1152 篇文獻劃分成72 個研究方向。這里需要特別強調的是，由于一篇文章中可能存在多個研究方向，因此，所有研究方向的發文量總和大于1152，而各個學科占百分比由WOS 系統提供。WOS 提供的數據，提示排名前十的研究方向如圖4 所示。顯然，生物化學和分子生物學方向發文量最多，為302 篇，占比約為24.12%；其次是化學和生物物理學，發文量分別為214 和206 篇，占比約為17.09%和16.45%。此外，排名前十的研究方向還有物理化學、微生物學、材料科學、藥理學、納米科技、食品科學技術以及生物技術應用。由此表明，在光動力殺菌技術領域，生物化學和分子生物學仍然是主要的研究方向，然而，該技術領域在食品科學技術的研究方向居第九，在食品科學技術的發文量僅為74篇，與排名前十的其它研究方向相比，占比明顯偏少。

圖4 排名前十的學科分類的柱狀圖Fig.4 Bar chart of the top ten subject categories

2.5 光動力技術在食品科學技術的發展趨勢

2.5.1 國內外發文量的變化趨勢分析 如圖5 所示，全球光動力殺菌技術在食品領域的應用起步較晚。從全球的角度來看，其在2005～2019 年的全球發文數量均小于5 篇，出現較為快速的增長則是在2020年，在2021 年，全球在食品領域的相關研究已有27 篇，超過該領域發文量的二分之一。這表明光動力殺菌技術在食品領域具有不錯的潛力和發展前景[29]。從圖5 的數據可以看出，中國的“光動力殺菌技術”在食品領域的研究起步較晚，直至2016 年國內才出現了相關課題的英文研究論文，且國內在該技術的相關發文量僅為全球發文量的十分之一。但在2021 年，國內的發文數量呈現出明顯的增長趨勢，表明國內學者近些年在相關領域的研究取得了較大的進展，但還具有很大的研究空間。

圖5 國內外光動力殺菌技術在食品領域的發文量及增長趨勢Fig.5 Number of publications and growth trend of photodynamic bactericidal technology research in food field in the global

2.5.2 發文國家及國際合作分析 從發文的國家數量來看，全球參與光動力殺菌技術在食品領域研究的國家數量并不多，截止目前，全球僅有22 個國家參與相關領域的研究。有參與該領域發文的主要國家如圖6 所示。發文量排名如表3 所示，其中發文量排名前三的分別為中國、美國和巴西。這三個國家所對應的發文量分別為39、14、9，分別占總發文量的52.70%、18.92%和12.16%。遠高于并列第四名的加拿大和英格蘭（其發文量為7，占世界總發文量的9.46%）。

表3 食品領域發文量前5 國家的各類指標Table 3 Indicators of the top 10 countries by number of publications

圖6 不同國家（地區）間關于光動力殺菌在食品領域研究的共現網絡圖譜Fig.6 Co-occurrence network of photodynamic sterilization research in different countries (regions)

隨著中國政府對食品監管力度的加大，企業在生產過程中也更加注重高效環保的冷殺菌技術，這可能是中國的光動力技術在食品領域的發文量高于其他國家的重要原因之一。在發文量前5 的行列里，發展中國家除了中國僅剩巴西。在被引頻次上，全球篇均被引頻次為16.73，美國的篇均被引頻次居首位，而中國的總被引頻次和H 值領先于全球任何一個國家。由圖7 可知，在食品領域，全球有8 個國家在光動力殺菌技術上與中國進行合作，主要為發達國家，發展中國家包括馬來西亞、巴西。由此可見，在研究成果的影響力上，中國和美國將光動力殺菌技術應用于食品行業已經有了一定的研究，且在國際上具備一定的影響力。

圖7 中國與其它國家（地區）間在食品領域開展共線網絡的圖譜Fig.7 Collinear network between China and other countries (regions) in food field

2.5.3 發文期刊及其指標分析 從發文期刊的數量上看，2002～2022 年間，全球共有28 家期刊出版了有關光動力殺菌技術在食品領域應用的論文，其中發文量前9 的期刊如表4 所示。其中，LWT-Food Science and Technology 以9 篇的發文量成為全球發表光動力殺菌技術在食品領域研究成果最多的期刊，占該領域總發文量的12.16%，排名第二和第三的分別為Food Research International 和 Journal of Agricultural and Food Chemistry，發文量分別為8 和7篇，分別占總發文量的10.81%和9.46%。在發文量前九期刊中，9 種期刊全部位列Q1 分區。這9 種期刊在2022 年的影響因子分布在5.661～16.002，其中Trends In Food Science Technology 的影響因子最高。從研究領域上看，這些期刊的研究領域主要集中于食品科學，當然也有部分有涉及農業、化學、微生物學以及生物化學領域。綜上所述，光動力殺菌技術在食品類別期刊的JCR 分區較靠前，影響因子也相對較高。由此可見，光動力滅菌技術在食品領域的應用有不錯的前景，但現階段發文量仍然較少。

表4 食品研究方向發文前九的期刊的各類指標Table 4 Indicators of the top 10 periodicals published in publications in the field of food research

2.5.4 發文機構之間的合作關系分析 2002～2022 年期間，全球約有140 個機構和單位參與到該研究中，其中發文量在5 篇以上的機構有3 個，發文量在10 篇以上的機構為0。其中，排名前10 的機構的發文量均在4 篇以上（如表5 所示）。排名前十的機構發文量總數為51 篇，占總發文量比例的68.92%。其中，發文量并列排名第一的研究機構是美國的加州大學及其戴維斯分校，其發文量均為9 篇，占總發文量的12.16%。此外，我國的中國海洋大學、福建農林大學、上海海洋大學以及華南農業大學在該研究方向上的發文數量均進入前十的行列。由此表明，我國光動力殺菌技術在食品領域的應用已經有了一定的研究基礎；此外，在前十的研究機構中主要還是以高校為主。然而，全球發文量排名前十的研究機構中，論文的發表數量仍然明顯不足，說明光動力殺菌技術在該領域仍具備較大的提升空間和研發潛力，全球各大科研機構可以充分挖掘其潛能。

表5 發文量前十的各機構的發文量及其所占百分比Table 5 Number of publications and their percentage of the top 10 institutions

2.6 光動力殺菌技術發文機構之間的合作關系分析

2002～2022 年期間，全球共有1195 個機構和單位參與到該研究中，其中發文量在50 篇以上的機構有4 個，發文量在100 篇以上的機構為0。其中，排名前10 的機構的發文量均在26 篇以上（如表6 所示）。排名前十的機構發文量總數為506 篇，占總發文量比例的40.448%。其中，發文量最多的研究機構是美國的哈佛大學，其發文量為83 篇，占總發文量的6.635%。其次是美國的哈佛醫學院，其發文量為80 篇，占總發文量的6.395%。此外，我國僅有中國科學院能夠上榜全球前十的行列，其以48 篇的發文量，占總發文總量的3.837%，位居全球第五位。除此之外，還有其它來自美國、巴西和歐洲等國的科研機構位列全球前十。由此表明，在光動力殺菌技術的研究上，美國仍然位居世界的領先行列；此外，在前十的研究機構中主要還是以高校為主，當然，也有少數的醫學院和研究院參與該領域的研究。而我國在該領域的研究進入前十的機構數量明顯不足，且中國暫時沒有高校在該領域的發文量進入全球前十，說明我國高校在該領域仍具備較大的提升空間和研發潛力，高校可以適當地加大在該領域的科研活動。

表6 發文量前十的各機構的發文量及其所占百分比Table 6 Number of publications and their percentage of the top 10 institutions

如圖8 所示，哈佛大學、哈佛醫學院、麻省綜合醫院、阿威羅大學的節點較大，表明這些機構是發文量較多的機構。單從連線的稠密程度可以看出以美國哈佛大學、哈佛醫學院、麻省綜合醫院和麻省理工大學為首的美國研究機構具有密度較大的合作網絡，說明這些機構與國際上很多相關機構在該領域具有相應的合作。而以圣保羅大學、中國科學院等為首的節點，連線密度則較稀疏，說明這些機構雖然有一定的發文量，但是與其合作過的國際機構并不多。由此可見，在研究層面上，中國科學院在該領域的研究可以適當加強同歐美發達國家等先進機構的合作。

圖8 發文量前十的各機構合作的共現網絡圖譜Fig.8 Co-occurrence network map of the top 10 institutions with publications

2.7 光動力殺菌技術發文作者及合作關系分析

對發文作者進行文獻計量學分析，有助于了解作者所屬的國家和科研機構的科研實力，同時可以了解本學科研究隊伍的建設情況和分布狀況，還有利于估計論文的現狀與潛力，還可以為科學成果及人才規劃提供量化依據[30]。

通過來自WOS 平臺的數據可以看出，全球約有4330 名學者參與了光動力殺菌領域的研究，其中有3 名研究人員的發文量在50 篇以上（圖9）。在光動力殺菌技術領域排名前10 的作者中，其中有6 名科研人員來自葡萄牙，而美國、南非、德國和阿根廷各有1 名學者。來自美國哈佛大學的Hamblin MR教授是該領域發文數量最多的學者，共發表了76 篇文獻，同時，其H 指數和總被引頻次也同樣位居榜首，其H 指數為46，總被引頻次為6897，均遠遠領先于全球其它學者。來自葡萄牙的Faustino MAF 和Almeida A 分別以55 篇和51 篇的發文量位列第二位和第三位。由圖10 可知，在總被引頻次上，發文量位列第三的Almeida A（2879）略高于發文量位列第二的Faustino MAF（2774），但這兩位學者的總被引頻次遠低于來自美國哈佛大學的Hamblin MR 教授。但也遠高于其余發文量排名前十的學者。然而，中國國內在相關領域研究的發文量暫時沒有進入全球排名前十的學者，但是，在被引頻次上，中國學者Huang YY 所撰寫論文的總被引頻次為1412 次，中國學者Huang LY 的總被應頻次為827 次，兩位中國學者的總被引頻次均高于南非學者Nyokong T（390 次）和阿根廷學者Durontini EN（611 次）的被引頻次。從篇均被引頻次來看，美國學者Hamblin MR的篇均被引頻次遠高于所有研究學者，而葡萄牙學者Faustino MAF 和Almeida A 的篇均被引頻次均低于60 次，在前十的行列中分別位列第八和第七位，說明兩位學者雖然論文發表數量較多，但論文的質量仍然有待提升。由此可表明，該技術領域影響力最大的學者仍為美國哈佛大學的Hamblin MR 教授。從發文學者所屬的國家來看，發文量排名前十的學者來自葡萄牙的占到了60%，篇均被引頻次排名前十的學者來自葡萄牙的占到了50%，說明葡萄牙在該領域的研究頗具影響力。

圖9 發文量前十的作者的發文量及其被引頻次Fig.9 Number of publications and citation frequency of the top 10 authors

圖10 篇均被引頻次前十的作者的發文量及其被引頻次Fig.10 Number of citation frequency of each article of the top 10 authors

由于Citespace 在學者圖譜的分析中是以學者發文的篇均被引頻次為指標進行分析的，因此，篇均被引頻次靠前的作者的合作關系如圖11 所示。其中以美國教授Hamblin MR 為首的網絡節點最大，說明其篇均被引頻次居所有學者之首，且從Hamblin MR 引出的連線密度也較為稠密，說明與其合作的作者數量相對較多。另一大網絡節點也由發文量排名前十的全球學者組成。而中國學者 Huang LY 位于美國學者Hamblin MR 為首的節點網絡中，說明其與該美國學者有較為緊密的合作關系。由此圖可以說明，發文量大的學者在該領域還是具有一定的影響力。

圖11 發文量前十的作者的合作共線圖譜Fig.11 Co-collinear map of the top 10 authors

2.8 光動力殺菌技術高被引論文分析

在文獻計量學研究中，引文分析被視為衡量文章質量的重要指標，它可以很好地體現一篇文章在全球的影響力和關注度[24]。表7 列出了2002～2022 年間全球在光動力殺菌技術研究領域引用頻次最高的10 篇論文，其中，綜述型論文6 篇、學術型論文4 篇。按照第一作者所屬的國家和地區進行分類，3 篇論文來自美國，2 篇論文來自英格蘭地區，巴西、葡萄牙、中國、法國和北愛爾蘭地區各有1 篇論文。這表明了在該領域的研究中，國際上具有較高關注度和影響力的文章主要來自歐美發達國家，而在這些國家中，美國和英國會略微領先于其它歐美發達國家，說明美英兩國在該領域具有強大的科學技術和影響力。在這些論文中，來自巴西的Sardi JCO 等人于2013 年在Journal of Medical Microbiology 期刊上發表的“ Candida species: Current epidemiology,pathogenicity,biofilm formation,natural antifungal products and new therapeutic options”總被引頻次最高，為730 次，該論文為綜述型論文。該文對念珠菌的流行病學、致病性和形成生物膜的能力、天然產物的抗真菌活性以及其他治療方法等方面的文獻進行了簡要綜述[31]。中國學者Mao Congyang 等于2017 年在“Acs Nano”出版物上發表的“Photo-Inspired Antibacterial Activity and Wound Healing Acceleration by Hydrogel Embedded with Ag/Ag@AgCl/ZnO Nanostructures”以500 的總被引頻次排在第二位，該文是一篇研究型論文，主要涉及納米技術增強光動力滅菌效果上的研究，該論文主要介紹了雜化納米技術嵌入的水凝膠，在紫外光照射的條件下，可以有效的滅活大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，并促進傷口的愈合[32]。美國學者Dai Tianhong 等于2012 年在“Frontiers In Microbiology”出版物上發表的“Concepts and principles of photodynamic therapy as an alternative antifungal discovery platform”以489 的被引頻次排在第三位，該文為綜述型論文，其主要從光動力對真菌的滅菌的原理和概念進行討論，并介紹了該技術的前景、研究趨勢和熱點[33]。其他高被引論文也主要是從光動力殺菌技術的原理、對病菌的抗耐藥性的效果，以及光動力技術和納米技術的結合等進行闡述和研究。

表7 全球光動力殺菌研究領域的高被引論文Table 7 Highly cited papers in the field of photodynamic sterilization worldwide

而表8 則列出了2002～2022 年間全球光動力殺菌技術研究領域引用頻次最高的10 篇研究型論文。在排名前十的研究型論文中，按照第一作者所屬的國家和地區進行分類，4 篇論文來自中國，2 篇來自美國，來自德國、土耳其、英格蘭地區和葡萄牙的論文各一篇。從研究方向上看，排名前十的研究型論文主要研究的方向為醫學方向，主要包括：納米材料載體優化光動力殺菌技術、光敏劑的優化和選擇、防止細菌感染和傷口愈合上的研究以及光動力殺菌技術在抗細菌耐藥性上的研究。在研究型論文被引頻次進入前十的四篇中國學者的論文中，“Photo-Inspired Antibacterial Activity and Wound Healing Acceleration by Hydrogel Embedded with Ag/Ag@AgCl/ZnO Nanostructures”和“ Engineering of a Nanosized Biocatalyst for Combined Tumor Starvation and Low-Temperature Photothermal Therapy”主要的研究方向為通過納米技術優化光動力殺菌技術，其中的納米技術主要設計以納米材料為載體的水凝膠和納米生物催化劑。而“Repeatable Photodynamic Therapy with Triggered Signaling Pathways of Fibroblast Cell Proliferation and Differentiation To Promote Bacteria-Accompanied Wound Healing”和“Rapid Sterilization and Accelerated Wound Healing Using Zn2+and Graphene Oxide Modified g-C3N4 under Dual Light Irradiation”主要是從光動力殺菌技術在殺滅細菌的同時促進傷口愈合的角度進行相應的研究。在食品科學技術的分類中，被引頻次最高的為美國學者Erick Falcao de Oliveira 在2018 年所發表的“Antimicrobial activity of curcumin in combination with light againstEscherichia coliO157:H7 andListeria innocua: Applications for fresh produce sanitation”，其被引頻次為85 次，遠小于表8 中所列的所有研究型論文。該文主要從姜黃素介導光動力技術對O157:H7 大腸桿菌和無痕李斯特菌的滅活效果進行研究，并由此證實了姜黃素介導的光動力在食品滅菌使用中具有巨大的潛力[34]。

表8 全球光動力殺菌研究領域的高被引研究型論文Table 8 Highly cited papers in the field of photodynamic sterilization worldwide

而表9 則列出了2002～2022 年間全球光動力殺菌技術研究領域引用頻次最高的10 篇綜述型論文。在排名前十的綜述型論文中，按照第一作者所屬的國家和地區進行分類，3 篇論文來自美國，來自巴西、法國、英格蘭地區、意大利、澳大利亞、波蘭和北愛爾蘭地區的論文各一篇，沒有以中國學者為第一作者的綜述型論文進入被引頻次排名前十的行列。從研究方向上看，排名前十的綜述型論文主要研究的方向集中于光動力技術對念珠菌的滅活作用、納米技術與光動力技術的結合運用（尤其是富勒烯的應用）、以及新型光敏劑的選擇。由此可見，盡管近年來我國在該研究領域有了較快的發展速度，且發文量已經位列世界第一，但我國學者所發的文章在國際影響力上尚有待提高，要盡可能地實現從“量變”到“質變”的轉變；同時，光動力技術在醫學上的應用較為成熟，但是在食品領域的應用尚處于萌芽階段。

表9 全球光動力殺菌研究領域的高被引綜述型論文Table 9 Highly cited papers in the field of photodynamic sterilization worldwide

2.9 光動力殺菌技術研究熱點分析

2.9.1 高頻關鍵詞分析 關鍵詞以簡潔的形式清晰地反映了文章的核心內容，通過對高頻關鍵詞分析能準確揭示該領域的研究熱點和整體發展趨勢[52]。通過Citespace 軟件對關鍵詞的使用頻率以及共線關系進行分析。Citespace 軟件收集到的2002～2021 年間相關領域的關鍵詞總數高達上千個，其中有超過50%的關鍵詞只使用過1～2 次，大量低頻關鍵詞說明了光動力殺菌相關領域研究的廣泛性。通過Citespace 軟件分析出全球光動力殺菌領域排名前15 的高頻關鍵詞如表10 所示，主要涉及細菌及其種類、光動力殺菌作用、光動力治療、光敏劑以及一些常用的化學試劑或者研究型等的專有名詞。按照時間跨度進行劃分，本研究包括：第一階段（2002～2007 年）、第二階段（2008～2014 年）以及第三階段（2015～2021 年）。如表5 所示，總體上看，三個階段的高頻關鍵詞并沒有太大變化，只是“金黃色葡萄球菌”、“單線態氧”以及“在體外”等關鍵詞的頻率到第三階段有顯著的上升。這表明了在光動力滅菌領域的研究涉及金黃色葡萄球菌的研究有所增多，同時也說明其在單線態氧的研究方向以及體外研究的方式有所增加[53-55]。而單線態氧主要存在Ⅱ型光敏反應的過程中，由處于三重態的光敏劑激發氧分子產生的[56]。由此可以說明，Ⅱ型光敏反應很有可能在未來成為光動力殺菌的主導研究對象。

表10 不同時期的TOP15 關鍵詞Table 10 TOP15 keywords in different periods

2.9.2 聚類分析 關鍵詞的聚類是依據關鍵詞之間聯系的不同緊密程度來進行劃分的，往往聯系相對較多的關鍵詞可以劃為同一聚類，其共現程度也相對較高[57]。本研究使用 Citespace6.2.R4 對使用頻次較高的關鍵詞進行共現聚類分析，其聚類圖譜如圖12 所示。這些關鍵詞一共被劃分為10 個不同的聚類。其中，photothemal therapy（＃0）、photodynamic therapy（＃1）、antimicrobial photodynamic（＃6）代表的是光動力技術在醫學上的應用，主要是光熱療法、光動力治療和光動力殺菌治療上的研究。multidrug resistance（＃2）、photodynamic inactivation（＃3）代表的是光動力技術對細菌滅活能力上的研究，主要側重于多重耐藥性的研究。而susceptibilities（#5）代表的是納米技術的一個特性—磁化率，其代表的是光動力材料與納米技術的結合領域的研究，而potascium iodide（#4）、aggregation-induced emission（#9）代表的是光動力技術在增強效果上的探索，主要是碘化鉀增強光動力滅菌效果、熒光增強（聚集誘導發光）增強光動力滅菌效果。antimicrobial photodynamic（＃6）代表的是光動力技術在醫學上的應用，主要是光熱療法、光動力治療和光動力殺菌治療上的研究。reactive oxygen species（#7）代表的是光動力技術本身的工作機理，也就是光敏劑被一定波長的光所激發，產生活性氧分子。

圖12 光動力殺菌領域的關鍵詞聚類圖譜Fig.12 Cluster map of keywords in photodynamic sterilization field

2.9.3 突現詞的檢測分析 關鍵詞的突現性可以很好的表現某一個聚類在某一段時期的興衰程度，通過將突現詞的強度進行量化表示，可以很好的看出某一段時期的研究熱點[58]。本研究使用Citespace 6.2.R4軟件來識別2002～2022 年間的文獻中的突現關鍵字，設置突現的最短時間是1 年。如圖13 顯示了突現性最強的25 個突現詞以及其突現時期。在2002～2010 年之間突現較多的關鍵詞如：革蘭氏陰性菌、DNA、甲苯胺藍、光敏作用致死、卟啉、酞菁、大腸桿菌等。而2011～2016 年之間，突現較多的關鍵詞新增了如單線態氧、白色念珠菌、革蘭氏陽性菌等。而在2017～2022 年期間，突現較多的關鍵詞為單增李斯特菌、增強作用、鋅酞菁、玫瑰紅、銀納米粒子等。從突現詞的強度來看，強度最強的為“革蘭氏陰性菌”，其強度達到了7.93；其次為“抗菌光動力滅活”，其強度為7.75。其余突現詞的強度均低于7。由此可以表明，全球學者早期的研究方向主要側重于革蘭氏陰性菌，尤其是大腸桿菌，在光敏劑的選擇上也相對較為單一，且研究層面大致局限于對光動力機理上的初級研究，且研究的方式較為簡單，并沒有太多的涉及先進的技術以及高科技產品。在2011～2016 年這5 年期間，在滅菌上，研究的范圍逐漸向革蘭氏陽性菌和真菌方向擴展；在光動力機理的研究上，各國學者也對光動力技術產生的單線態氧進行了相應的研究。而近5 年來，全球學者對光動力作用菌群的研究更趨向于特定化，且研究領域集中于醫療領域，在進行相關研究的同時，也更多地涉及先進的技術以及高科技產品。2002～2021 年間，從光動力殺菌的主要對象上看，全球學者主要集中于革蘭氏陰性菌的滅活效率，而近些年更關注單增李斯特菌；在針對光動力技術的研究上，近些年更加側重光動力滅菌的增強作用，主要包括納米技術和某些特定的物質，如：銀納米粒子、玫瑰紅、鋅酞菁等[52-55]。這也預示著革蘭氏陰性菌以及光動力聯合增強作用在未來一段時間內，會成為該技術領域研究的重點對象。

圖13 2002～2021 年間光動力殺菌領域的突現關鍵詞Fig.13 Emerging keywords in photodynamic sterilization field from 2002 to 2021

3 研究熱點及趨勢分析

隨著科學技術的不斷發展，各國學者對各種冷滅菌技術的重視程度也越來越高，且有了相應的研究。相較于傳統殺菌技術而言，作為一個廣譜的冷殺菌技術，光動力技術最大的優點是不易使細菌產生耐藥性。在醫學領域，其能夠在殺死人體內細菌的同時，最大程度減少對人體本身的副作用，因此其在痤瘡、牙醫學領域有廣泛的應用[59-61]。同時，其在醫學領域的運用也逐漸由體內治療轉變為體外治療[58]。

3.1 在食品領域的研究進展及趨勢

在食品領域，近幾年，國內外學者嘗試將該技術大力應用于果蔬、畜禽肉、海產品的貯藏保鮮，如縊蟶[62]、馬鈴薯[63]、銀耳[64]、雞肉[65]、即食海蜇[66]等，結果表明光動力冷殺菌技術能在保持以上食品的色澤、香味、營養成分及其功能性質的前提下，以極高的效率滅活食品中的腐敗微生物[67]。而隨著研究的深入，學者們發現其對革蘭氏陽性菌具有很強的滅菌效果，且在其它技術協同作用下，對革蘭氏陰性菌具有很強的滅活效果[68]。而這一發現已經很好地應用于醫學領域，并逐步延伸至食品科學等其它領域[9]。

然而，從關鍵詞突現和相應的英文文獻中可以看出，早期光動力技術在食品中的應用主要集中于大腸桿菌的滅活上的研究，而之后逐步擴展到單增李斯特菌等食源性致病菌上。在未來一段時間內，光動力技術滅活大腸桿菌和單增李斯特菌等食品常見腐敗菌的應用仍然是該技術在食品領域的研究重點。但是，光動力技術在對沙門氏菌等革蘭氏陰性菌的滅活作用卻不那么顯著，且受到溫度條件的限制很大[68]。如何提高光動力技術針對沙門氏菌等革蘭氏陰性菌的滅活效果可能將成為未來各國學者在食品方向上的一個研究重點。同時，光動力技術在食品領域上的應用也將由單純的殺菌逐步向延長食品貨架期上的應用研究轉移[68]。

3.2 光敏劑類型的研究進展及趨勢

在光動力技術的研究過程中，還有很多可以不斷改進和提升的地方。各國學者也在不斷進行光敏劑的選擇和使用的革新。從關鍵詞的突現可以看出，在光敏劑的選擇和使用上大致分為三個階段。第1代光敏劑主要以血卟啉衍生物為代表的混合制劑，由于存在較多缺陷，目前已基本被淘汰。第2 代光敏劑主要以卟啉類衍生物、金屬酞菁、稠環醌這3 類物質為代表，第2 代光敏劑在靶向性、光敏毒性、治療效果顯著優于第1 代光敏劑。目前，臨床和實驗室使用的主要為第2 代光敏劑，而第3 代光敏劑在第2 代光敏劑的基礎上，在結構上增加一些具有生物學活性的化學物質，進一步提高其組織靶向性[69]。

從關鍵詞突現的圖譜上看，目前光敏劑的選擇主要集中在第二代光敏劑，如鋅酞菁。由于第二代光敏劑存在生物利用率低等缺陷，因此將光敏劑進行固定化或包埋處理將成為未來一段時間的研究重點，如納米化[70]、蛋白修飾[71]等。此外，復合型光敏劑也被開發用于增強光動力殺菌效率，例如，姜黃素—β—環糊精復合物[72]、姜黃素-EDTA 聯合使用[73]等均具有良好的殺菌效果。

3.3 光源及氧氣應用的研究進展及趨勢

同時，除了光敏劑之外，影響光動力因素的條件還有氧氣和光照。在光照的研究上，光源波長與光動力殺菌的成功與否有著直接的聯系。研究表明，波長范圍為200～280 nm（UV-C），280～320 nm（UV-B），320～400 nm（UV-A）和400～470 nm（藍光）均具有抗菌功效[74]。同時，在光照材料的選擇上，各國選擇也經歷了從激光到LED 光源的革新[75]。從關鍵詞突現上看，未來特定染料增強光源在光動力技術中的滅菌效果將成為各國學者的研究重點，如LED 藍光聯合玫瑰紅染料增強光動力滅菌效果[76]。在氧氣的應用方面，缺氧往往會導致光動力滅菌效果大打折扣[77]。而如何富集高濃度的氧無疑將成為未來的一個重要研究方向，而氧載體納米技術的出現為解決這一問題提供了一個很好的方向。相較于傳統的殺菌技術，氧載體納米能夠富集高濃度的氧從而提高光動力效率。該項技術有望應用于食品的貯藏保鮮上，起到持續抑菌作用[78]。

3.4 光動力與其它技術聯合使用的趨勢

然而，光動力研究領域的熱點還不僅僅止步于此。由于冷殺菌技術的高效、清潔、環保，其疊加使用不僅不污染環境，還具有更高效的殺菌效果，近些年，諸如聲光動力聯合殺菌技術[79-80]、納米聯合光動力技術[81-82]、高壓靜電聯合光動力殺菌技術[83]、光動力與抗生素聯合殺菌[84]等聯合光動力冷殺菌技術也相繼問世。同時，在納米技術的應用上，納米材料的選擇及其安全性也值得各國學者更進一步的研究[85]。此外，由于部分光敏劑能夠很好的指示包裝產品的細菌總數，可以顯著地反應出包裝產品的腐敗變質情況，其在冷鮮產品的使用上也具有較大發展潛力[86]。

綜上所述，在食品領域，光動力技術的滅菌范圍將更加廣泛，且其在針對沙門氏菌滅活的增強上具有一定的研究潛能，同時其在食品領域的應用也將逐步向延長食品貨架期進行延伸；在光敏劑的選擇方面，未來光敏劑的固定化和包埋處理以及復合光敏劑的應用將成為光敏劑上的研究重點；在光源上，特定染料增強光源激活光動力滅菌的效果將是光源方面的研究趨勢；在氧氣承載方面，如何提升氧的承載含量將成為未來的研究重點，尤其是氧載體納米技術的研究；此外，光動力聯合其他冷滅菌技術增強滅菌效果也將成為未來光動力領域的一個研究趨勢。有關光動力滅菌技術的研究空間依然很大，其潛能有待各國學者進行挖掘。

4 結論

本研究利用文獻計量學方法對WOS 核心數據庫中2002～2022 年間全球發表的光動力殺菌的相關研究文獻分別從發文量、發文國家、發文機構、發文期刊、發文作者、高被引論文以及關鍵詞這些維度進行量化及可視化分析，同時分析了發文國家、發文機構和發文作者之間的合作關系，在此基礎之上分析了光動力滅菌技術在食品科學技術方面的發文量、發文國家、發文機構和發文期刊的情況，并通過這些分析，揭示了當前光動力殺菌技術的研究現狀與未來發展趨勢。

從以上的分析中可以得出以下結論：無論中國還是全球，在光動力殺菌技術的相關發文量上均呈現出急速的上升趨勢。而中國、美國和巴西是該領域全球發文量排名前三的國家，但是在國際合作以及發文的影響力上，中國和巴西均遜色于歐美發達國家，且中國在該領域的研究起步較晚。從發文機構、發文作者和高被引分析中可以看出，我國在相關領域研究的認可度和影響力還不夠高，在研究質量上還有很大的提升空間；本研究通過Citespace6.2.R4 對近21 年來相關領域的所有關鍵詞進行共現、聚類以及突現分析。近年來的突現關鍵詞包括增強作用（Potentiation）、單增李斯特菌（Listeria Monocytogens）、鋅酞菁（Zinc Phthalocyanine）、玫瑰紅（Rose Bengal）、銀納米粒子（Silver Nanoparticles）。未來光動力滅菌技術的研究主要集中在光敏劑的固定化、包埋處理以及復合光敏劑的應用、特定染料增強光源激活光動力滅菌的效果、氧載體納米技術以及光動力聯合其他冷滅菌技術增強滅菌等方向上進行研究；通過對光動力領域在食品領域應用上的分析可以看出，即使光動力滅菌技術在食品領域的英文論文數量近年來有所增多，但跟其他領域相比仍然相對較少。從被引頻次上看，光動力滅菌技術在食品應用上英文論文的被引頻次顯著低于該技術上被引頻次較高的論文，說明該技術在食品領域的影響力還有待提高。從關鍵詞突現和對食品領域的研究熱點和趨勢分析可以看出，光動力技術在食品應用上的滅菌范圍將更加廣泛，且針對沙門氏菌等革蘭氏陰性菌滅活的增強上具有一定的研究潛能，同時其在食品領域的應用也將逐步轉向延長食品貨架期的研究從研究方向上分析。綜上所述，光動力滅菌技術在食品領域的研究成果相對較少，但近幾年光動力在食品領域呈現出快速發展趨勢，未來有較大發展潛力。

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