基于WOS数据库的国防生物安全领域研究热点

广义的生物安全涉及所有的生物因素、环境条件、危害形式与法律法规等，表述为由各类生物因子以及生物技术滥用所引起对人类遗传、公共健康、生物多样性和环境(特别是农业和生态环境)的生物性危害[1]。国防生物安全领域则主要是与军事、暴力恐怖等相关的生物安全相关研究。

从国外国防生物安全领域的发展看，美国在该领域的研究处于领先地位，自2001年“911 事件”和“炭疽事件”发生后，美国在生物安全领域的投入迅速增加，在传染病载体的基础研究、生物安全事件的预警和应急处理方面，投入巨大[2]。法国P4实验室建设走在了世界的前列，该国的让·梅里厄P4实验室成为世界P4实验室的典范。英国政府在2018年发布的《英国生物安全战略》中指出，英国政府为保护英国及其利益免受重大生物风险，应充分了解、有效预防、及时检测和快速处置，还应具备强大的科学基础实力，并充分发挥工业界和学术界在生物安全方面的作用等。可见各国对国防生物安全领域都非常重视。

本文利用Web of Science检索平台、DDA分析工具以及SPSS 19.0统计分析工具，系统揭示国防生物安全领域的研究热点和重点，为我国相关科研人员提供参考。

1 数据与方法

数据来源于SCI-E(Science Citation Index Expanded)和ESI(Essential Science Indicators)等相关数据库，检索策略为Bioterrorism or "Biological terrorism" or Biohazard or "Bio terrorism" or "biological warfare"，检索时间范围为1999年1月1日至2018年12月31日，检索日期为2019年2月15日。

引文分析法是目前国内外学术界公认的科研绩效评价的方法，而采用SCI-E和ESI等相关数据库进行科技论文的收录及引用情况的统计分析，已成为评价科研学术机构研究能力和科研业绩表现的主要参考依据之一[3]。本文采用文献计量学、绘制聚类谱系图、战略坐标图等方法，利用SCI-E及相关数据库对国防生物安全领域1999-2018年科技论文发表情况进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 国防生物安全领域发文情况

经检索，1999-2018年期间共有4 427篇国防生物安全领域论文被SCI-E收录，其年代分布如图1所示。整体来看，科技论文产出呈现比较平稳的发展态势。其中2002-2006年，即2001年发生的“911 事件”和“炭疽事件”后的5年，国防生物安全领域成为了研究热点,研究数量达到顶峰。这与美国国家科学基金在生物安全相关领域的资助从 2000 年开始资助经费明显增加并在2003-2005年达到高峰[2]密切相关。

图1 国防生物安全领域1999-2018年科技论文产出数量及趋势

4 427篇论文主要来源于EMERGINGINFECTIOUSDISEASES，VACCINE，CLINICALINFECTIOUSDISEASES，PLOSONE，JOURNALOFCLINICALMICROBIOLOGY等20种期刊。根据布拉德福定律(二八定律)，这20种期刊代表了国防生物安全领域质量高、信息量大、使用率高的核心期刊[4]。研究国防生物安全领域的主要科研机构中美国为主力军，包括美国CDC、美国陆军和美国国防部，美国高校也参与了国防生物安全领域的科研，如加州大学、哈佛大学等高校[5]。从国防生物安全领域的基金支持情况看，军事大国无不重视该领域的相关研究。如美国在国防生物安全领域的投入巨大，国防生物安全的科研得到了美国国立卫生研究院、美国国防部、美国CDC等多渠道的支持；而中国国家自然科学基金、欧洲委员会基金也对该领域进行重点资助[6]。

2.2 国防生物安全领域的学科主题分析

根据对科研机构某一时期科技论文的学科主题的聚类分析，可以判别该科研机构比较活跃的研究领域。根据SCI-E的学科主题类目(Subject Catalog，SC)分类统计，国防生物安全领域近20年被SCI-E收录的论文涉及到的学科主题类目共112个。表1列出了9个比较活跃的学科，其中Microbiology(微生物)、Infectious diseases(传染病)、Immunology(免疫学)、Public,Environmental & Occupational Health(公共、环境和职业卫生)4个学科主题领域发表论文数量较多，均高于400篇。从表1可看出，发表论文最多的学科主题为“Microbiology(微生物学)”，共发表论文451篇，占23.58%。

2.3 科技论文的引证分析

科技论文引证分析的指标主要包括被引频次、h指数等。科技论文的被引用频次是衡量研究成果被同行关注程度的重要指标，是衡量论文的影响力的重要标准。《科学评论索引》(ISR)认为，如果一篇阐述一种理论的论文被他人引用频次大于50次，则该论文可以作为所属学科的经典论著；如果关于一种继承性研究而连续发表的论文被他人引用次数大于10次，则这些论文的总学术价值相当于专著。h指数(H-index)又称H因子(h-factor)，代表“高引用次数”(high citations)，能够比较准确地反映一个人的学术成就，一个人的h指数越高，则表明他的论文影响力越大[7]。

表1 国防生物安全领域1999-2018年前9个比较活跃的研究领域

1999-2018年，SCI-E收录的国防生物安全领域的4 427篇论文的总被引次数为105 928次，篇均被引用次数为24次，年均的被引用5 296次。在国防生物安全领域的被引频次排名前10的单篇论文中(表2)，被引频次最高的论文是2001年发表在NATURE上的” Genome sequence of Yersinia pestis,the causative agent of plague”，它主要对鼠疫耶尔森菌的基因组序列进行了研究。此外，被引排名前10的论文还对猪布鲁氏菌、兔热病、炭疽芽孢杆菌、Q热、埃博拉出血热等烈性传染病及病原体进行了研究。

2.4 科技论文的关键词聚类分析

关键词是为反映文献主题内容和满足文献检索需要而从文献中选取的词或词组，是学术论文的重要组成部分，能够揭示文献的主题信息，是对文献最核心的内容、思想观点和论证方法的提炼和概括，虽然只是3～8个词，在论文中所占篇幅最少，但却是论文的精髓[8]。对文献关键词的分析包括关键词的词频分析和共词聚类分析。其中，词频分析是提取研究对象的关键词进行词频统计，筛选出高频关键词，进而分析研究对象的热点、前沿及发展方向；共词聚类分析则是内容分析法的一种，其运算过程主要是两两统计主题词在同一篇文献中的出现频率，以词对频率为统计对象，采用聚类算法的数据挖掘方式，把词间关系密切的主题词聚集成类，形成一个个类团[9]。

表2 国防生物安全领域被引频次前10的论文

以上述4 427篇论文被引次数超过100次的121篇论文的关键词为研究对象，采用词频分析法、共词聚类分析法等方法进行分析。首先，利用DDA分析工具构建高频词共词相似矩阵，并导入SPSS 19.0软件中，得到聚类树状图(图2)。从图2可看出，国防生物安全领域SCI-E论文的研究方向主要包括以下几类。第一类：天花、牛痘疫苗的接种及流行病学研究，关键词主要是smallpox，vaccine，Epidemiology，vaccination，vaccinia；第二类：生物恐怖相关传染病炭疽、兔热病、肉毒杆菌等的研究，关键词主要是Bioterrorism，anthrax，plague，tularemia，botulism；第三类：炭疽芽孢杆菌、土拉弗朗西斯酵母菌、鼠疫耶尔森氏菌等的检测及净化消除的相关研究，关键词主要是Bacillus anthracis，Francisella tularensis，Yersinia pestis，detection，decontamination；第四类：生物恐怖的预防与监测的相关研究，关键词主要是terrorism，public health，ricin，biological warfare，emergency preparedness，preparedness，surveillance，biological weapons，infectious disease，smallpox vaccine，Vaccinia virus，Vaccines，Botulinum neurotoxin。

2.5 国防生物安全领域的关键词战略坐标分析

战略坐标图最早由Law 等提出,用来分析某个领域各主题的分布情况。该指标可以反映某一领域研究内容的内部联系情况以及相互影响，主要由2个指标密度和向心度来度量。密度和向心度的计算方式有很多种，本次研究密度采用的是类团内两两共现频次总和除以类团内关键词总个数，向心度的计算方式则采用类团间两两共现频次总和除以该类团内关键词总个数的计算方法[10]。国防生物安全领域各主题类团的向心度值和密度值详见表3。

图2 高频词共词网络截图

表3 国防生物安全领域各主题类团的向心度值和密度值

根据国防生物安全领域的主要关键词列表，笔者把主要关键词分成了4个类团。类团1：生物恐怖的预防，主要关键词有vaccine，disaster planning，immunization等；类团2：微生物、毒素等相关疾病的流行病学研究，主要关键词有Epidemiology，infectious disease，disease outbreaks等；类团3：生物恐怖事件的症状监测、预警，主要关键词有syndromic surveillance，biosensor，detection等；类团4：疫病的治疗、疫情的控制和消除，主要关键词有decontamination，infection control，treatment等。

战略坐标图分为4 个象限，类团分布在这4个象限中，客观反映了研究发展现状。用X 轴表示向心度，用Y 轴表示密度，两个轴的平均数(0.5375，2.6875)为坐标原点，绘制了20年间国防生物安全领域热点研究主题的战略坐标图(图3)。在X 轴方向，主题类团的位置越靠右，则其向心度值越大，与其他主题类团中的关键词共现的可能性也就越大，是关注的热点。从图3中可以看出，当前对生物恐怖的预防排在了最前面，为该领域的热点；如何预防生物恐怖事件，仍然是这个时期最大的难点和热点；Y 轴方向，类团主题的Y 值越大，密度值越大，表示类团内部关键词之间的联系越紧密，即说明该领域的研究较多，并且研究趋于成熟。图3显示，对生物恐怖事件的监测、预警技术以及微生物、毒素等相关疾病的流行病学研究的相关技术已经趋于成熟，科研人员关于应对生物恐怖的方法的研究比较广泛。图3还显示，疫病的治疗、疫情的控制和消除相对于其他3个领域的研究较少，这部分研究主要涉及临床医学和消毒学。

图3 生物安全领域热点研究主题战略坐标图

2.6 国内外军事科研单位的研究重点和热点分析

对国防生物安全领域4 427篇论文的作者单位进行了限定。选取美国国防部、美国陆军、印度国防研究与发展部、印度国防研究与发展机构、英国国防科技实验室、美国空军、美国陆军工程兵团、沃尔特里德陆军研究所、美国陆军研究开发工程中心司令部、沃尔特里德国家军事医疗中心、中国军事医学科学院、美国陆军传染病医学研究所、捷克共和国国防大学、军事卫生流行病学研究所、圣安东尼奥军事医疗中心、瑞典国防研究局、美国陆军研究实验室、陆军医疗兽医研究中心、加拿大国防研究发展部、美国国防威胁降低局、中国第四军医大学、土耳其Gülhane军事医学科学院、以色列国防军医疗部队、美国海军等25家与军事相关机构的论文353篇，利用DDA分析工具生成军事科研机构及关键词的互相关图(图4)，以期对军事相关机构的研究热点进行分析。国内外军事医学研究所主要对生物毒素、炭疽、西尼罗病毒、西方马脑炎病毒等细菌、病毒的检测、预防和相关疫苗进行研究。各个国家主要的研究方向也有所不同，如美国海军医学研究中心还对未知样本的快速检测进行了重点研究，意大利陆军医疗与兽医中心对布鲁氏菌进行了深入研究，加拿大国防研究与发展中心则主要对西尼罗病毒和西方马脑炎病毒进行了研究，英国国防科技实验室主要对蓖麻毒素进行了研究，波兰军事卫生与流行病研究所更关注微生物气溶胶。

图4 国防生物安全领域军事机构研究热点

3 结论与讨论

研究结果显示，近20年国防生物安全领域的科技论文呈现比较平稳的发展态势，军事大国都比较重视该领域的相关研究，尤其是美国，不仅发文最多，而且除了关注监测、预防，还重视快速检测。微生物、传染病、免疫、公共环境与卫生4个学科主题在该领域比较活跃。

3.1 美国在国防生物安全领域投入巨大

从国家的发文的情况来看，美国遥遥领先，美国CDC、美国国防部、美国陆军以及美国的高校是发文的主力。截至2017年，仅美国国家科学基金会在生物安全相关领域已资助的项目已337项，累计约1.26亿美元。

3.2 国防生物安全领域的研究重点主要集中于监测、预防

国防生物安全领域的研究热点主要是关于天花、牛痘疫苗的接种及流行病学研究，生物恐怖相关传染病炭疽、兔热病、肉毒杆菌等研究，炭疽芽孢杆菌、土拉弗朗西斯酵母菌、鼠疫耶尔森氏菌等的检测及净化消除的相关研究，生物恐怖的预防与监测的相关研究等。其中，如何预防生物恐怖事件，仍然是最大的研究难点和热点。对生物恐怖事件的监测、预警技术以及微生物、毒素等相关疾病的流行病学研究的相关技术已经趋于成熟，对于应对生物恐怖的方法，科研人员的研究比较广泛，而对于疫病的治疗、疫情的控制和消除相对于其他3个领域的研究还较少，但或许会成为未来研究热点。

3.3 各国军事科研机构重视对新发传染病病原体的研究

从军事科研机构的主要关键词中发现，国内外军事医学研究所主要对生物毒素、炭疽、西尼罗病毒、西方马脑炎病毒等细菌、病毒的检测、预防和相关疫苗进行研究。各国主要的研究方向也有所不同，如美国海军医学研究中心还对未知样本的快速检测进行了重点研究，意大利陆军医疗与兽医中心对布鲁氏菌进行了深入研究，加拿大国防研究与发展中心则主要对西尼罗病毒和西方马脑炎病毒进行了研究，英国国防科技实验室主要对蓖麻毒素进行了研究，波兰军事卫生与流行病研究所更关注微生物气溶胶。

通过上述研究，笔者认为对于新发传染病预防、监测的研究是国防生物安全领域的重点，但随着合成生物学及生物交叉技术的迅速发展，国防生物安全受到了巨大的挑战。如何快速控制、消除疫病，防止国防生物安全事件的扩大，势必成为该领域的研究难点和重点。这需要国家建立完善的预警、监测机制，建立更多高等级的实验室为恐怖主义行为提供诊断和消除的技术和仪器支持，更需要提高全民对生物恐怖事件的认知水平，减少不必要的恐慌。

4 结语

本文借助 Web of Science检索平台、DDA分析工具以及SPSS 19.0统计分析工具，分析了近20年国防生物安全领域论文产出情况、研究的学科主题、核心关键词、研究方向的战略坐标图及国内外军事科研单位的研究重点和热点。总体看来，研究的面很广，但是缺乏比较有一深度的挖掘。如对于该领域资助的基金，仅仅分析到基金分布情况是不够的，对军事医学相关基金重点资助该领域的研究方向、机构和主要科研团队的深入挖掘更有意义。下一步，我们将在本文的基础上，逐步细化该领域的研究脉络，更深入地研究该领域主要技术路线图，从而进一步揭示该领域的发展现状和趋势。