基于Citespace 的光动力杀菌技术研究进展可视化分析

2024-05-12胡嘉淼林少玲

食品工业科技 2024年10期

施源，李璟，胡嘉淼,2，林少玲,2,*

（1.福建农林大学食品科学学院，福建福州 350002；2.农业农村部食用菌加工及综合利用技术集成科研基地，福建福州 350002）

光动力技术（PDT）作为一种冷杀菌技术，其工作原理主要为光敏剂被一定波长的光所激发，产生活性氧分子，进而通过氧化作用破坏核酸、蛋白质及脂质等生物分子，从而达到灭活微生物的作用[1]。公元前3000 年左右，人类就已经通过阳光对皮肤类疾病进行治疗，但添加感光物质以增加光疗法效果的想法可追溯至十九世纪末，那时逐渐有学者对于光疗法进行系统的研究，从而开启了现代光动力治疗的新局面[2]。目前，光动力技术已被广泛地应用于医疗、化学等领域，近几年，其在食品、环境等领域也得到了长足发展[3]。相比于热杀菌和其他冷杀菌方法，该杀菌技术拥有如下优点：杀菌广谱性高，可以杀灭多数革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，同时不易使细菌产生耐药性[4-5]；灭菌速度快，通常可以在很短的时间内灭活大量的细菌[6-7]；能耗低，环保清洁[8-9]；通过对光敏剂的筛选、改造[10-11]以及联合纳米球技术[12]可以实现靶向性杀菌等。

长期以来，国内外学者持续关注光动力技术在临床方面的应用（如杀伤肿瘤、病毒及治疗皮肤疾病、血管性疾病等相关研究）[13-15]。自2009 年开始，光动力技术在灭活食源性致病菌方面的潜力也日益受到重视，相关科研论文数量日益增多。其主要聚焦于微生物的灭活效率、光敏激活剂的种类、激活光动力的方法等方向[16]。然而，目前尚未见到在较长时间尺度上收集并总结全球光动力杀菌技术研究的系统性分析，且国内外相关的研究热点、研究前沿及未来的发展趋势等尚不明朗，因此，有必要针对近20 年来光动力灭菌研究进行全面梳理[17]。

Citesapce 是美籍华裔博士陈超美发明的一款可视化分析软件，其工作原理是在共被引理论和寻径网络算法的基础上，对所收集到的文献进行计量分析[18]。同时，Citespace 还拥有聚类分析和突现检验功能，能够对特定领域的研究热点和研究趋势进行有效分析。文献计量学分析是以文献体系及其计量特征为研究对象，采用数学和统计学的方法研究文献的分布结构、数量关系及变化规律，进而分析、评价和预测科学技术的发展特征和规律，已被广泛应用于诸多研究领域[19]。

目前，对于光动力灭菌技术及其食品领域应用的文献计量学文章仍然非常少见。因此，本文采用文献计量学方法对2002～2022 年间全球光动力杀菌技术的研究进行了系统回顾，在对相关文献进行量化分析的同时，借助可视化文献分析工具Citesapce，分析了该研究领域的研究热点与发展前沿。与传统的文献综述相比，本研究是基于量化分析的手段对光动力杀菌技术研究领域在较长时间尺度上的发展进行回顾和可视化的新尝试，以便帮助国内学者及时跟踪世界范围内该领域的研究现状与发展趋势，可为科学研究人员和政策制定者开展相关工作提供准确指导。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源与搜索策略

本文所有文献数据均来源于Web of Science（WOS）核心数据库，几乎覆盖了世界上最重要和最有影响力的文献，是学术和文献计量研究中使用最广泛的数据库之一[20]。为提高调查结果的准确性，本研究的搜索策略为：在WOS 核心数据库中分别搜索四个相关主题的关键词，即：#1（TS=photodynamic）、#2（TS=inactivation）、#3（TS=antimicrobial）、#4（TS=sterilization），将#1、#2、#3 以AND 的方式进行组配，生成#5。同时#1、#4 以AND 的方式进行组配，生成#6，然后将#5 和#6 以OR 的方式进行组配，这样可以提高相关文献的查全率。同时检索的文献类型为Article（研究型论文）和Review（综述型论文），检索的语言为英文，时间跨度为2002 年1 月1 日至2022 年12 月31 日。经过数据处理，检索到2002—2022 年发表的文献共1567 篇，其中Article和Review 分别有1385 和182 篇，同时，由于检索内容有涉及肿瘤和手术学科，而这两类学科并不在本研究的范围内。因此，本研究通过WOS 系统，将肿瘤和手术学科自动排除。共排除相关文献316 篇，最终共检索文献为1251 篇，其中Article 和Review 分别为1086 和165 篇，同时本研究将所有提取的数据进行量化分析。文中所有数据均于2023 年6 月27 日提取，以避免由于该数据库的每日更新而导致的偏差[21]。

1.2 研究方法

利用文献计量学方法对收集到的文献进行量化分析，发文量、国家、期刊、研究方向、发文机构、作者、高被引论文等使用WOS 系统自带统计分析功能进行统计分析[21]。需要注意的是，若一篇文献由多个国家的作者合作完成，WOS 平台会将这些信息自动算入该国家的数据中，一定程度上会导致数据重合，但不会对研究现状的总体分析产生明显影响。将所有文献从WOS 核心数据库下载为txt 格式文本，按照研究内容的需要导入文献可视化软件进行分析。Citespace6.2.R4 具有可视化分析功能，其能够对发文国家、发文机构、以及发文作者之间地合作关系进行共现分析，通过连线的疏密来挖掘各个节点之间合作关系的紧密程度[22]。同时，该软件还具备对关键词进行共现和聚类分析，能够将意思相近的关键词聚成一类，可以很好的观察其研究所涉及的领域[21]，通过关键词突现，可以很好地发现该研究领域的研究热点，并能够对未来的研究趋势进行分析[23]。在分析时，本研究将时间分段（time slicing）选择为2002 年1 月至2022 年12 月，时间分区（years per slice）设置为每1 年；节点类型（node types）分别选择作者（author）、国家（country）、机构（institution）和关键词（keyword ）进行分析；节点阈值（top N per slice）选择30 或50 修剪（pruning）选择 pathfinder 和pruning sliced networks 组合[24]。除此之外，本研究在数据处理和模型构建和预测上还使用了Excel 2016 进行处理和预测。

1.3 研究指标

本文从文献的发表数量和质量2 个维度出发，采用发文量、被引频次、H 指数、影响因子等指标进行文献计量分析，这些指标一定程度上可反映出国家或作者在某领域的研究水平和学术地位。发文量即论文的产出篇数，是衡量科研生产能力的重要指标。被引频次是指该统计项目的论文或某篇论文被其他论文作为参考文献的次数，包括总被引频次和篇均被引频次，反映出论文在该领域的价值和被关注的程度。H 指数是指将相关统计项目所发表的文章按照被引频次进行从高到低的排序，至少有h 篇文献被引用了至少h 次。H 指数在综合了引文质量与论文数量的前提下，由于其计算结果相对稳定，可以很好地分析文献的质量，因此其逐步应用于期刊、科研机构以及研究专利和基金等领域评价中。期刊影响因子和JCR 分区收集自2022 年公布的期刊引文报告（Journal Citation Reports），是反映期刊的学术水平和论文质量的重要指标[25]。

2 结果与分析

2.1 光动力杀菌技术国内外发文量的变化趋势分析

分析发文量随年份的变化趋势，可在一定程度上了解光动力杀菌技术相关领域的研究进展。如图1 所示，在2002～2008 的7 年时间内，全球关于光动力杀菌技术研究的年均发文量均≤10 篇，2008 年之后，全球在光动力杀菌技术研究的发文量上以每年数十篇的数量增长，且在近5 年内，增长速度明显加快。在2021 年，文献发表量达到目前最高水平，为236 篇，当年发文量接近2002～2014 这13 年间的发文总量，且接近2002～2022 年发文总量的五分之一，这表明光动力杀菌技术的研究热度逐渐上涨。由此可见，作为一种冷杀菌技术，光动力技术还是具有不错的潜力和发展前景[26]。从图1 的数据可以看出，中国在“光动力杀菌”领域的研究起步较晚，直至2010 年国内才出现了相关课题的英文研究论文，且国内在该技术的相关发文量仅为全球发文量的十分之一。但近3 年，国内的发文数量呈现出明显的增长趋势，表明国内学者近些年在相关领域的研究取得了较大的进展，但还具有很大的研究空间。收集的数据通过Excel 2016 多项式趋势线，大致模拟了全球和中国文献发表数量随着年份的变化关系，该趋势线模型拟合结果良好，决定系数R2分别为0.9715 和0.9561（图1）。从趋势线可以预测，2023 年全球和中国发文量将分别会接近270 篇和85 篇。而截止至2023 年6 月27 日，WOS 核心数据库收录的全球和中国的2023 年实际发文量已分别达95 和29 篇。

图1 国内外光动力杀菌技术相关研究的发文量及增长趋势Fig.1 Number of publications and growth trend of photodynamic bactericidal technology research in the global

2.2 光动力杀菌技术发文国家及国际合作分析

从发文的国家数量来看，2002 年全球仅有4 个国家发表相关研究的论文，且均为英格兰、美国、荷兰和韩国这四个发达国家和地区；而2021 年全年，全球共有54 个国家发表相关研究的论文，相比于20 年前，发文数量有显著的增加，且发文国家和地区涵盖了发达国家和许多发展中国家。这表明光动力杀菌技术的研究已经引起了全球科学家的重视。2002～2022 年间，全球共有74 个国家发表了相关研究的论文。发文量排名如表1 所示，其中发文量排名前三的分别为中国、美国和巴西。这三个国家所对应的发文量分别为312、214、155，分别占总发文量的19.91%、13.66%和9.89%。远高于第四名的德国（其发文总量为91，占世界总发文量的5.81%）以及其他国家。

表1 发文量前10 国家的各类指标Table 1 Indicators of the top 10 countries by number of publications

随着中国科技、经济实力的不断进步，近些年来，中国在科研上的投入占比逐渐加大，高效环保的冷杀菌技术广泛应用于国内的诸多领域，这可能是近年来来自中国的科研工作者所发表的光动力杀菌相关文献快速增多的重要原因之一。在发文量前10 的行列里，发展中国家除了中国和巴西，仅剩波兰和阿根廷。在被引频次上，全球篇均被引频次为33.18，美国的被引频次和H 值大大领先于全球任何一个国家，中国的被引频次位居第二位，巴西第三位。在H 值上，中国的H 值位居第二位，巴西的位居第三位。但同时，中国的篇均被引频次为32.20，巴西的篇均被引频次为30.74，均低于全球平均水平，且远低于西方发达国家，如美国（52.72）、葡萄牙（45.34）、英格兰（49.81）和意大利（42.79），但与波兰、西班牙等国家相近，且远高于阿根廷。由此可见，在研究成果的影响力上，中国、巴西等发展中国家虽远低于欧美发达国家，但在国际上仍具备一定的影响力。因此，发展中国家在研究的质量上还有很大的提升空间。

在全球化的背景之下，国家之间的学术交流有利于科学技术的进步。本文使用Citespace 软件对发文国家进行共现网络分析，以了解不同国家在2002～2022 这21 年之间的合作关系，这21 年间全球有发表该研究课题的国家和地区的合作情况大致如图2 所示，图2 中的节点代表不同的国家，其大小代表发文量，连接节点的线条表示国家间的国际合作，线条的数量代表了合作的密切程度。如图2 所示，巴西、美国和中国是三个最大的网络节点，说明这三个国家在该项目的研究上位列全球前三。在合作关系上，有发表相关研究的国家之间均有不同程度的合作，其中，全球与欧美发达合作的国家数量明显高于发展中国家。由图3 可知，在与中国的合作中，全球大致有三十个国家在该项目上与中国进行合作，这其中涵盖了发达国家和发展中国家。由此可见，中国在向发达国家学习先进技术的同时，也向发展中国家贡献中国的研究成果[27]。但不可否认，由于在光动力杀菌领域的研究起步较晚，中国与欧美发达国家尚存在一定的差距。因此，如果条件允许的情况下，应该提供更多的机会和平台，加强中国科学家与欧美国家的学者在该项技术上的学术交流[28]。

图2 不同国家（地区）间关于光动力杀菌研究的共现网络图谱（仅标注发文量排名前10 的国家）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)

图3 中国与其它国家（地区）间开展共线网络的图谱Fig.3 Map of collinear network between China and other countries (regions)

2.3 光动力杀菌技术发文期刊及其指标分析

从作为文献传播载体的发文期刊的角度来看，在2002～2022 年间，全球共有348 家期刊出版了有关“光动力杀菌技术”方面的论文，其中发文量前10 的期刊如表2 所示，发文量均在19 篇以上，排名前十的期刊合计发文量占比高达30.30%。其中，Journal of Photochemistry and Photobiology Biology以92 篇的发文量成为全球发表光动力杀菌技术研究成果最多的期刊，占总发文量的7.35%，排名第二和第三的分别为Photochemistry Photobiological Science 和Photochemistry and Photobiology，发文量分别为58 和37 篇，分别占总发文量的4.64%和3.12%。在这10 种期刊中，6 种期刊位列Q1 分区，2 种位列Q2 分区，2 种期刊位列Q3 分区。这10 种期刊在2022 年的影响因子分布在1.914 到10.383之间，且除Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 的影响因子在1.914 之外，其余的影响因子均在4 以上。其中Acs Applied Materials Interfaces 的影响因子最高，为10.383。分析表明，这些期刊中，有的是出版光动力技术研究成果的专属期刊，有的则是由一类特定研究领域所构成的期刊。其中，Journal of Photochemistry and Photobiology B-Biology、Photochemistry Photobiological Science 和Photochemistry and Photobiology 为出版光动力技术研究成果的专属期刊。在2002～2022 年间，Journal of Photochemistry and Photobiology B-Biology 期刊共出版光动力技术相关论文4028 篇，其中光动力杀菌技术的论文数量为92 篇，占比为2.28%，Photochemistry Photobiological Science 期刊共出版光动力技术相关论文4078 篇，其中光动力杀菌技术论文的数量为58 篇，占比为1.42%，Photochemistry And Photobiology 期刊共出版光动力技术相关论文3934 篇，其中光动力杀菌相关论文数量为39 篇，占比为0.99%。从占比情况上分析，关于光动力杀菌技术的论文在光动力技术研究成果的专属期刊中占比并不算高。由此可见，光动力杀菌技术在光动力技术的研究当中并不成熟，而在该领域较为成熟的为光动力技术在医学上的应用，包括抗肿瘤和口腔治疗上的应用。此外，这10 种期刊主要涉及的领域大都为化学领域，说明光动力技术在化学领域已有了广泛的研究基础以及成果，当然，化学领域是一个较大的门类，其具体包含食品等多个门类。

表2 发文前十的期刊的各类指标Table 2 Indicators of the top 10 periodicals published in publications

2.4 光动力杀菌技术的WOS 研究类别分析

按WOS 平台对文献研究方向进行归类，将关于光动力杀菌技术的1152 篇文献划分成72 个研究方向。这里需要特别强调的是，由于一篇文章中可能存在多个研究方向，因此，所有研究方向的发文量总和大于1152，而各个学科占百分比由WOS 系统提供。WOS 提供的数据，提示排名前十的研究方向如图4 所示。显然，生物化学和分子生物学方向发文量最多，为302 篇，占比约为24.12%；其次是化学和生物物理学，发文量分别为214 和206 篇，占比约为17.09%和16.45%。此外，排名前十的研究方向还有物理化学、微生物学、材料科学、药理学、纳米科技、食品科学技术以及生物技术应用。由此表明，在光动力杀菌技术领域，生物化学和分子生物学仍然是主要的研究方向，然而，该技术领域在食品科学技术的研究方向居第九，在食品科学技术的发文量仅为74篇，与排名前十的其它研究方向相比，占比明显偏少。

图4 排名前十的学科分类的柱状图Fig.4 Bar chart of the top ten subject categories

2.5 光动力技术在食品科学技术的发展趋势

2.5.1 国内外发文量的变化趋势分析如图5 所示，全球光动力杀菌技术在食品领域的应用起步较晚。从全球的角度来看，其在2005～2019 年的全球发文数量均小于5 篇，出现较为快速的增长则是在2020年，在2021 年，全球在食品领域的相关研究已有27 篇，超过该领域发文量的二分之一。这表明光动力杀菌技术在食品领域具有不错的潜力和发展前景[29]。从图5 的数据可以看出，中国的“光动力杀菌技术”在食品领域的研究起步较晚，直至2016 年国内才出现了相关课题的英文研究论文，且国内在该技术的相关发文量仅为全球发文量的十分之一。但在2021 年，国内的发文数量呈现出明显的增长趋势，表明国内学者近些年在相关领域的研究取得了较大的进展，但还具有很大的研究空间。

图5 国内外光动力杀菌技术在食品领域的发文量及增长趋势Fig.5 Number of publications and growth trend of photodynamic bactericidal technology research in food field in the global

2.5.2 发文国家及国际合作分析从发文的国家数量来看，全球参与光动力杀菌技术在食品领域研究的国家数量并不多，截止目前，全球仅有22 个国家参与相关领域的研究。有参与该领域发文的主要国家如图6 所示。发文量排名如表3 所示，其中发文量排名前三的分别为中国、美国和巴西。这三个国家所对应的发文量分别为39、14、9，分别占总发文量的52.70%、18.92%和12.16%。远高于并列第四名的加拿大和英格兰（其发文量为7，占世界总发文量的9.46%）。

表3 食品领域发文量前5 国家的各类指标Table 3 Indicators of the top 10 countries by number of publications

图6 不同国家（地区）间关于光动力杀菌在食品领域研究的共现网络图谱Fig.6 Co-occurrence network of photodynamic sterilization research in different countries (regions)

随着中国政府对食品监管力度的加大，企业在生产过程中也更加注重高效环保的冷杀菌技术，这可能是中国的光动力技术在食品领域的发文量高于其他国家的重要原因之一。在发文量前5 的行列里，发展中国家除了中国仅剩巴西。在被引频次上，全球篇均被引频次为16.73，美国的篇均被引频次居首位，而中国的总被引频次和H 值领先于全球任何一个国家。由图7 可知，在食品领域，全球有8 个国家在光动力杀菌技术上与中国进行合作，主要为发达国家，发展中国家包括马来西亚、巴西。由此可见，在研究成果的影响力上，中国和美国将光动力杀菌技术应用于食品行业已经有了一定的研究，且在国际上具备一定的影响力。

图7 中国与其它国家（地区）间在食品领域开展共线网络的图谱Fig.7 Collinear network between China and other countries (regions) in food field

2.5.3 发文期刊及其指标分析从发文期刊的数量上看，2002～2022 年间，全球共有28 家期刊出版了有关光动力杀菌技术在食品领域应用的论文，其中发文量前9 的期刊如表4 所示。其中，LWT-Food Science and Technology 以9 篇的发文量成为全球发表光动力杀菌技术在食品领域研究成果最多的期刊，占该领域总发文量的12.16%，排名第二和第三的分别为Food Research International 和 Journal of Agricultural and Food Chemistry，发文量分别为8 和7篇，分别占总发文量的10.81%和9.46%。在发文量前九期刊中，9 种期刊全部位列Q1 分区。这9 种期刊在2022 年的影响因子分布在5.661～16.002，其中Trends In Food Science Technology 的影响因子最高。从研究领域上看，这些期刊的研究领域主要集中于食品科学，当然也有部分有涉及农业、化学、微生物学以及生物化学领域。综上所述，光动力杀菌技术在食品类别期刊的JCR 分区较靠前，影响因子也相对较高。由此可见，光动力灭菌技术在食品领域的应用有不错的前景，但现阶段发文量仍然较少。

表4 食品研究方向发文前九的期刊的各类指标Table 4 Indicators of the top 10 periodicals published in publications in the field of food research

2.5.4 发文机构之间的合作关系分析 2002～2022 年期间，全球约有140 个机构和单位参与到该研究中，其中发文量在5 篇以上的机构有3 个，发文量在10 篇以上的机构为0。其中，排名前10 的机构的发文量均在4 篇以上（如表5 所示）。排名前十的机构发文量总数为51 篇，占总发文量比例的68.92%。其中，发文量并列排名第一的研究机构是美国的加州大学及其戴维斯分校，其发文量均为9 篇，占总发文量的12.16%。此外，我国的中国海洋大学、福建农林大学、上海海洋大学以及华南农业大学在该研究方向上的发文数量均进入前十的行列。由此表明，我国光动力杀菌技术在食品领域的应用已经有了一定的研究基础；此外，在前十的研究机构中主要还是以高校为主。然而，全球发文量排名前十的研究机构中，论文的发表数量仍然明显不足，说明光动力杀菌技术在该领域仍具备较大的提升空间和研发潜力，全球各大科研机构可以充分挖掘其潜能。

表5 发文量前十的各机构的发文量及其所占百分比Table 5 Number of publications and their percentage of the top 10 institutions

2.6 光动力杀菌技术发文机构之间的合作关系分析

2002～2022 年期间，全球共有1195 个机构和单位参与到该研究中，其中发文量在50 篇以上的机构有4 个，发文量在100 篇以上的机构为0。其中，排名前10 的机构的发文量均在26 篇以上（如表6 所示）。排名前十的机构发文量总数为506 篇，占总发文量比例的40.448%。其中，发文量最多的研究机构是美国的哈佛大学，其发文量为83 篇，占总发文量的6.635%。其次是美国的哈佛医学院，其发文量为80 篇，占总发文量的6.395%。此外，我国仅有中国科学院能够上榜全球前十的行列，其以48 篇的发文量，占总发文总量的3.837%，位居全球第五位。除此之外，还有其它来自美国、巴西和欧洲等国的科研机构位列全球前十。由此表明，在光动力杀菌技术的研究上，美国仍然位居世界的领先行列；此外，在前十的研究机构中主要还是以高校为主，当然，也有少数的医学院和研究院参与该领域的研究。而我国在该领域的研究进入前十的机构数量明显不足，且中国暂时没有高校在该领域的发文量进入全球前十，说明我国高校在该领域仍具备较大的提升空间和研发潜力，高校可以适当地加大在该领域的科研活动。

表6 发文量前十的各机构的发文量及其所占百分比Table 6 Number of publications and their percentage of the top 10 institutions

如图8 所示，哈佛大学、哈佛医学院、麻省综合医院、阿威罗大学的节点较大，表明这些机构是发文量较多的机构。单从连线的稠密程度可以看出以美国哈佛大学、哈佛医学院、麻省综合医院和麻省理工大学为首的美国研究机构具有密度较大的合作网络，说明这些机构与国际上很多相关机构在该领域具有相应的合作。而以圣保罗大学、中国科学院等为首的节点，连线密度则较稀疏，说明这些机构虽然有一定的发文量，但是与其合作过的国际机构并不多。由此可见，在研究层面上，中国科学院在该领域的研究可以适当加强同欧美发达国家等先进机构的合作。

图8 发文量前十的各机构合作的共现网络图谱Fig.8 Co-occurrence network map of the top 10 institutions with publications

2.7 光动力杀菌技术发文作者及合作关系分析

对发文作者进行文献计量学分析，有助于了解作者所属的国家和科研机构的科研实力，同时可以了解本学科研究队伍的建设情况和分布状况，还有利于估计论文的现状与潜力，还可以为科学成果及人才规划提供量化依据[30]。

通过来自WOS 平台的数据可以看出，全球约有4330 名学者参与了光动力杀菌领域的研究，其中有3 名研究人员的发文量在50 篇以上（图9）。在光动力杀菌技术领域排名前10 的作者中，其中有6 名科研人员来自葡萄牙，而美国、南非、德国和阿根廷各有1 名学者。来自美国哈佛大学的Hamblin MR教授是该领域发文数量最多的学者，共发表了76 篇文献，同时，其H 指数和总被引频次也同样位居榜首，其H 指数为46，总被引频次为6897，均远远领先于全球其它学者。来自葡萄牙的Faustino MAF 和Almeida A 分别以55 篇和51 篇的发文量位列第二位和第三位。由图10 可知，在总被引频次上，发文量位列第三的Almeida A（2879）略高于发文量位列第二的Faustino MAF（2774），但这两位学者的总被引频次远低于来自美国哈佛大学的Hamblin MR 教授。但也远高于其余发文量排名前十的学者。然而，中国国内在相关领域研究的发文量暂时没有进入全球排名前十的学者，但是，在被引频次上，中国学者Huang YY 所撰写论文的总被引频次为1412 次，中国学者Huang LY 的总被应频次为827 次，两位中国学者的总被引频次均高于南非学者Nyokong T（390 次）和阿根廷学者Durontini EN（611 次）的被引频次。从篇均被引频次来看，美国学者Hamblin MR的篇均被引频次远高于所有研究学者，而葡萄牙学者Faustino MAF 和Almeida A 的篇均被引频次均低于60 次，在前十的行列中分别位列第八和第七位，说明两位学者虽然论文发表数量较多，但论文的质量仍然有待提升。由此可表明，该技术领域影响力最大的学者仍为美国哈佛大学的Hamblin MR 教授。从发文学者所属的国家来看，发文量排名前十的学者来自葡萄牙的占到了60%，篇均被引频次排名前十的学者来自葡萄牙的占到了50%，说明葡萄牙在该领域的研究颇具影响力。

图9 发文量前十的作者的发文量及其被引频次Fig.9 Number of publications and citation frequency of the top 10 authors

图10 篇均被引频次前十的作者的发文量及其被引频次Fig.10 Number of citation frequency of each article of the top 10 authors

由于Citespace 在学者图谱的分析中是以学者发文的篇均被引频次为指标进行分析的，因此，篇均被引频次靠前的作者的合作关系如图11 所示。其中以美国教授Hamblin MR 为首的网络节点最大，说明其篇均被引频次居所有学者之首，且从Hamblin MR 引出的连线密度也较为稠密，说明与其合作的作者数量相对较多。另一大网络节点也由发文量排名前十的全球学者组成。而中国学者 Huang LY 位于美国学者Hamblin MR 为首的节点网络中，说明其与该美国学者有较为紧密的合作关系。由此图可以说明，发文量大的学者在该领域还是具有一定的影响力。

图11 发文量前十的作者的合作共线图谱Fig.11 Co-collinear map of the top 10 authors

2.8 光动力杀菌技术高被引论文分析

在文献计量学研究中，引文分析被视为衡量文章质量的重要指标，它可以很好地体现一篇文章在全球的影响力和关注度[24]。表7 列出了2002～2022 年间全球在光动力杀菌技术研究领域引用频次最高的10 篇论文，其中，综述型论文6 篇、学术型论文4 篇。按照第一作者所属的国家和地区进行分类，3 篇论文来自美国，2 篇论文来自英格兰地区，巴西、葡萄牙、中国、法国和北爱尔兰地区各有1 篇论文。这表明了在该领域的研究中，国际上具有较高关注度和影响力的文章主要来自欧美发达国家，而在这些国家中，美国和英国会略微领先于其它欧美发达国家，说明美英两国在该领域具有强大的科学技术和影响力。在这些论文中，来自巴西的Sardi JCO 等人于2013 年在Journal of Medical Microbiology 期刊上发表的“ Candida species: Current epidemiology,pathogenicity,biofilm formation,natural antifungal products and new therapeutic options”总被引频次最高，为730 次，该论文为综述型论文。该文对念珠菌的流行病学、致病性和形成生物膜的能力、天然产物的抗真菌活性以及其他治疗方法等方面的文献进行了简要综述[31]。中国学者Mao Congyang 等于2017 年在“Acs Nano”出版物上发表的“Photo-Inspired Antibacterial Activity and Wound Healing Acceleration by Hydrogel Embedded with Ag/Ag@AgCl/ZnO Nanostructures”以500 的总被引频次排在第二位，该文是一篇研究型论文，主要涉及纳米技术增强光动力灭菌效果上的研究，该论文主要介绍了杂化纳米技术嵌入的水凝胶，在紫外光照射的条件下，可以有效的灭活大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，并促进伤口的愈合[32]。美国学者Dai Tianhong 等于2012 年在“Frontiers In Microbiology”出版物上发表的“Concepts and principles of photodynamic therapy as an alternative antifungal discovery platform”以489 的被引频次排在第三位，该文为综述型论文，其主要从光动力对真菌的灭菌的原理和概念进行讨论，并介绍了该技术的前景、研究趋势和热点[33]。其他高被引论文也主要是从光动力杀菌技术的原理、对病菌的抗耐药性的效果，以及光动力技术和纳米技术的结合等进行阐述和研究。

表7 全球光动力杀菌研究领域的高被引论文Table 7 Highly cited papers in the field of photodynamic sterilization worldwide

而表8 则列出了2002～2022 年间全球光动力杀菌技术研究领域引用频次最高的10 篇研究型论文。在排名前十的研究型论文中，按照第一作者所属的国家和地区进行分类，4 篇论文来自中国，2 篇来自美国，来自德国、土耳其、英格兰地区和葡萄牙的论文各一篇。从研究方向上看，排名前十的研究型论文主要研究的方向为医学方向，主要包括：纳米材料载体优化光动力杀菌技术、光敏剂的优化和选择、防止细菌感染和伤口愈合上的研究以及光动力杀菌技术在抗细菌耐药性上的研究。在研究型论文被引频次进入前十的四篇中国学者的论文中，“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”主要的研究方向为通过纳米技术优化光动力杀菌技术，其中的纳米技术主要设计以纳米材料为载体的水凝胶和纳米生物催化剂。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”主要是从光动力杀菌技术在杀灭细菌的同时促进伤口愈合的角度进行相应的研究。在食品科学技术的分类中，被引频次最高的为美国学者Erick Falcao de Oliveira 在2018 年所发表的“Antimicrobial activity of curcumin in combination with light againstEscherichia coliO157:H7 andListeria innocua: Applications for fresh produce sanitation”，其被引频次为85 次，远小于表8 中所列的所有研究型论文。该文主要从姜黄素介导光动力技术对O157:H7 大肠杆菌和无痕李斯特菌的灭活效果进行研究，并由此证实了姜黄素介导的光动力在食品灭菌使用中具有巨大的潜力[34]。

表8 全球光动力杀菌研究领域的高被引研究型论文Table 8 Highly cited papers in the field of photodynamic sterilization worldwide

而表9 则列出了2002～2022 年间全球光动力杀菌技术研究领域引用频次最高的10 篇综述型论文。在排名前十的综述型论文中，按照第一作者所属的国家和地区进行分类，3 篇论文来自美国，来自巴西、法国、英格兰地区、意大利、澳大利亚、波兰和北爱尔兰地区的论文各一篇，没有以中国学者为第一作者的综述型论文进入被引频次排名前十的行列。从研究方向上看，排名前十的综述型论文主要研究的方向集中于光动力技术对念珠菌的灭活作用、纳米技术与光动力技术的结合运用（尤其是富勒烯的应用）、以及新型光敏剂的选择。由此可见，尽管近年来我国在该研究领域有了较快的发展速度，且发文量已经位列世界第一，但我国学者所发的文章在国际影响力上尚有待提高，要尽可能地实现从“量变”到“质变”的转变；同时，光动力技术在医学上的应用较为成熟，但是在食品领域的应用尚处于萌芽阶段。

表9 全球光动力杀菌研究领域的高被引综述型论文Table 9 Highly cited papers in the field of photodynamic sterilization worldwide

2.9 光动力杀菌技术研究热点分析

2.9.1 高频关键词分析关键词以简洁的形式清晰地反映了文章的核心内容，通过对高频关键词分析能准确揭示该领域的研究热点和整体发展趋势[52]。通过Citespace 软件对关键词的使用频率以及共线关系进行分析。Citespace 软件收集到的2002～2021 年间相关领域的关键词总数高达上千个，其中有超过50%的关键词只使用过1～2 次，大量低频关键词说明了光动力杀菌相关领域研究的广泛性。通过Citespace 软件分析出全球光动力杀菌领域排名前15 的高频关键词如表10 所示，主要涉及细菌及其种类、光动力杀菌作用、光动力治疗、光敏剂以及一些常用的化学试剂或者研究型等的专有名词。按照时间跨度进行划分，本研究包括：第一阶段（2002～2007 年）、第二阶段（2008～2014 年）以及第三阶段（2015～2021 年）。如表5 所示，总体上看，三个阶段的高频关键词并没有太大变化，只是“金黄色葡萄球菌”、“单线态氧”以及“在体外”等关键词的频率到第三阶段有显著的上升。这表明了在光动力灭菌领域的研究涉及金黄色葡萄球菌的研究有所增多，同时也说明其在单线态氧的研究方向以及体外研究的方式有所增加[53-55]。而单线态氧主要存在Ⅱ型光敏反应的过程中，由处于三重态的光敏剂激发氧分子产生的[56]。由此可以说明，Ⅱ型光敏反应很有可能在未来成为光动力杀菌的主导研究对象。

表10 不同时期的TOP15 关键词Table 10 TOP15 keywords in different periods

2.9.2 聚类分析关键词的聚类是依据关键词之间联系的不同紧密程度来进行划分的，往往联系相对较多的关键词可以划为同一聚类，其共现程度也相对较高[57]。本研究使用 Citespace6.2.R4 对使用频次较高的关键词进行共现聚类分析，其聚类图谱如图12 所示。这些关键词一共被划分为10 个不同的聚类。其中，photothemal therapy（＃0）、photodynamic therapy（＃1）、antimicrobial photodynamic（＃6）代表的是光动力技术在医学上的应用，主要是光热疗法、光动力治疗和光动力杀菌治疗上的研究。multidrug resistance（＃2）、photodynamic inactivation（＃3）代表的是光动力技术对细菌灭活能力上的研究，主要侧重于多重耐药性的研究。而susceptibilities（#5）代表的是纳米技术的一个特性—磁化率，其代表的是光动力材料与纳米技术的结合领域的研究，而potascium iodide（#4）、aggregation-induced emission（#9）代表的是光动力技术在增强效果上的探索，主要是碘化钾增强光动力灭菌效果、荧光增强（聚集诱导发光）增强光动力灭菌效果。antimicrobial photodynamic（＃6）代表的是光动力技术在医学上的应用，主要是光热疗法、光动力治疗和光动力杀菌治疗上的研究。reactive oxygen species（#7）代表的是光动力技术本身的工作机理，也就是光敏剂被一定波长的光所激发，产生活性氧分子。

图12 光动力杀菌领域的关键词聚类图谱Fig.12 Cluster map of keywords in photodynamic sterilization field

2.9.3 突现词的检测分析关键词的突现性可以很好的表现某一个聚类在某一段时期的兴衰程度，通过将突现词的强度进行量化表示，可以很好的看出某一段时期的研究热点[58]。本研究使用Citespace 6.2.R4软件来识别2002～2022 年间的文献中的突现关键字，设置突现的最短时间是1 年。如图13 显示了突现性最强的25 个突现词以及其突现时期。在2002～2010 年之间突现较多的关键词如：革兰氏阴性菌、DNA、甲苯胺蓝、光敏作用致死、卟啉、酞菁、大肠杆菌等。而2011～2016 年之间，突现较多的关键词新增了如单线态氧、白色念珠菌、革兰氏阳性菌等。而在2017～2022 年期间，突现较多的关键词为单增李斯特菌、增强作用、锌酞菁、玫瑰红、银纳米粒子等。从突现词的强度来看，强度最强的为“革兰氏阴性菌”，其强度达到了7.93；其次为“抗菌光动力灭活”，其强度为7.75。其余突现词的强度均低于7。由此可以表明，全球学者早期的研究方向主要侧重于革兰氏阴性菌，尤其是大肠杆菌，在光敏剂的选择上也相对较为单一，且研究层面大致局限于对光动力机理上的初级研究，且研究的方式较为简单，并没有太多的涉及先进的技术以及高科技产品。在2011～2016 年这5 年期间，在灭菌上，研究的范围逐渐向革兰氏阳性菌和真菌方向扩展；在光动力机理的研究上，各国学者也对光动力技术产生的单线态氧进行了相应的研究。而近5 年来，全球学者对光动力作用菌群的研究更趋向于特定化，且研究领域集中于医疗领域，在进行相关研究的同时，也更多地涉及先进的技术以及高科技产品。2002～2021 年间，从光动力杀菌的主要对象上看，全球学者主要集中于革兰氏阴性菌的灭活效率，而近些年更关注单增李斯特菌；在针对光动力技术的研究上，近些年更加侧重光动力灭菌的增强作用，主要包括纳米技术和某些特定的物质，如：银纳米粒子、玫瑰红、锌酞菁等[52-55]。这也预示着革兰氏阴性菌以及光动力联合增强作用在未来一段时间内，会成为该技术领域研究的重点对象。

图13 2002～2021 年间光动力杀菌领域的突现关键词Fig.13 Emerging keywords in photodynamic sterilization field from 2002 to 2021

3 研究热点及趋势分析

随着科学技术的不断发展，各国学者对各种冷灭菌技术的重视程度也越来越高，且有了相应的研究。相较于传统杀菌技术而言，作为一个广谱的冷杀菌技术，光动力技术最大的优点是不易使细菌产生耐药性。在医学领域，其能够在杀死人体内细菌的同时，最大程度减少对人体本身的副作用，因此其在痤疮、牙医学领域有广泛的应用[59-61]。同时，其在医学领域的运用也逐渐由体内治疗转变为体外治疗[58]。

3.1 在食品领域的研究进展及趋势

在食品领域，近几年，国内外学者尝试将该技术大力应用于果蔬、畜禽肉、海产品的贮藏保鲜，如缢蛏[62]、马铃薯[63]、银耳[64]、鸡肉[65]、即食海蜇[66]等，结果表明光动力冷杀菌技术能在保持以上食品的色泽、香味、营养成分及其功能性质的前提下，以极高的效率灭活食品中的腐败微生物[67]。而随着研究的深入，学者们发现其对革兰氏阳性菌具有很强的灭菌效果，且在其它技术协同作用下，对革兰氏阴性菌具有很强的灭活效果[68]。而这一发现已经很好地应用于医学领域，并逐步延伸至食品科学等其它领域[9]。

然而，从关键词突现和相应的英文文献中可以看出，早期光动力技术在食品中的应用主要集中于大肠杆菌的灭活上的研究，而之后逐步扩展到单增李斯特菌等食源性致病菌上。在未来一段时间内，光动力技术灭活大肠杆菌和单增李斯特菌等食品常见腐败菌的应用仍然是该技术在食品领域的研究重点。但是，光动力技术在对沙门氏菌等革兰氏阴性菌的灭活作用却不那么显著，且受到温度条件的限制很大[68]。如何提高光动力技术针对沙门氏菌等革兰氏阴性菌的灭活效果可能将成为未来各国学者在食品方向上的一个研究重点。同时，光动力技术在食品领域上的应用也将由单纯的杀菌逐步向延长食品货架期上的应用研究转移[68]。

3.2 光敏剂类型的研究进展及趋势

在光动力技术的研究过程中，还有很多可以不断改进和提升的地方。各国学者也在不断进行光敏剂的选择和使用的革新。从关键词的突现可以看出，在光敏剂的选择和使用上大致分为三个阶段。第1代光敏剂主要以血卟啉衍生物为代表的混合制剂，由于存在较多缺陷，目前已基本被淘汰。第2 代光敏剂主要以卟啉类衍生物、金属酞菁、稠环醌这3 类物质为代表，第2 代光敏剂在靶向性、光敏毒性、治疗效果显著优于第1 代光敏剂。目前，临床和实验室使用的主要为第2 代光敏剂，而第3 代光敏剂在第2 代光敏剂的基础上，在结构上增加一些具有生物学活性的化学物质，进一步提高其组织靶向性[69]。

从关键词突现的图谱上看，目前光敏剂的选择主要集中在第二代光敏剂，如锌酞菁。由于第二代光敏剂存在生物利用率低等缺陷，因此将光敏剂进行固定化或包埋处理将成为未来一段时间的研究重点，如纳米化[70]、蛋白修饰[71]等。此外，复合型光敏剂也被开发用于增强光动力杀菌效率，例如，姜黄素—β—环糊精复合物[72]、姜黄素-EDTA 联合使用[73]等均具有良好的杀菌效果。

3.3 光源及氧气应用的研究进展及趋势

同时，除了光敏剂之外，影响光动力因素的条件还有氧气和光照。在光照的研究上，光源波长与光动力杀菌的成功与否有着直接的联系。研究表明，波长范围为200～280 nm（UV-C），280～320 nm（UV-B），320～400 nm（UV-A）和400～470 nm（蓝光）均具有抗菌功效[74]。同时，在光照材料的选择上，各国选择也经历了从激光到LED 光源的革新[75]。从关键词突现上看，未来特定染料增强光源在光动力技术中的灭菌效果将成为各国学者的研究重点，如LED 蓝光联合玫瑰红染料增强光动力灭菌效果[76]。在氧气的应用方面，缺氧往往会导致光动力灭菌效果大打折扣[77]。而如何富集高浓度的氧无疑将成为未来的一个重要研究方向，而氧载体纳米技术的出现为解决这一问题提供了一个很好的方向。相较于传统的杀菌技术，氧载体纳米能够富集高浓度的氧从而提高光动力效率。该项技术有望应用于食品的贮藏保鲜上，起到持续抑菌作用[78]。

3.4 光动力与其它技术联合使用的趋势

然而，光动力研究领域的热点还不仅仅止步于此。由于冷杀菌技术的高效、清洁、环保，其叠加使用不仅不污染环境，还具有更高效的杀菌效果，近些年，诸如声光动力联合杀菌技术[79-80]、纳米联合光动力技术[81-82]、高压静电联合光动力杀菌技术[83]、光动力与抗生素联合杀菌[84]等联合光动力冷杀菌技术也相继问世。同时，在纳米技术的应用上，纳米材料的选择及其安全性也值得各国学者更进一步的研究[85]。此外，由于部分光敏剂能够很好的指示包装产品的细菌总数，可以显著地反应出包装产品的腐败变质情况，其在冷鲜产品的使用上也具有较大发展潜力[86]。

综上所述，在食品领域，光动力技术的灭菌范围将更加广泛，且其在针对沙门氏菌灭活的增强上具有一定的研究潜能，同时其在食品领域的应用也将逐步向延长食品货架期进行延伸；在光敏剂的选择方面，未来光敏剂的固定化和包埋处理以及复合光敏剂的应用将成为光敏剂上的研究重点；在光源上，特定染料增强光源激活光动力灭菌的效果将是光源方面的研究趋势；在氧气承载方面，如何提升氧的承载含量将成为未来的研究重点，尤其是氧载体纳米技术的研究；此外，光动力联合其他冷灭菌技术增强灭菌效果也将成为未来光动力领域的一个研究趋势。有关光动力灭菌技术的研究空间依然很大，其潜能有待各国学者进行挖掘。

4 结论

本研究利用文献计量学方法对WOS 核心数据库中2002～2022 年间全球发表的光动力杀菌的相关研究文献分别从发文量、发文国家、发文机构、发文期刊、发文作者、高被引论文以及关键词这些维度进行量化及可视化分析，同时分析了发文国家、发文机构和发文作者之间的合作关系，在此基础之上分析了光动力灭菌技术在食品科学技术方面的发文量、发文国家、发文机构和发文期刊的情况，并通过这些分析，揭示了当前光动力杀菌技术的研究现状与未来发展趋势。

从以上的分析中可以得出以下结论：无论中国还是全球，在光动力杀菌技术的相关发文量上均呈现出急速的上升趋势。而中国、美国和巴西是该领域全球发文量排名前三的国家，但是在国际合作以及发文的影响力上，中国和巴西均逊色于欧美发达国家，且中国在该领域的研究起步较晚。从发文机构、发文作者和高被引分析中可以看出，我国在相关领域研究的认可度和影响力还不够高，在研究质量上还有很大的提升空间；本研究通过Citespace6.2.R4 对近21 年来相关领域的所有关键词进行共现、聚类以及突现分析。近年来的突现关键词包括增强作用（Potentiation）、单增李斯特菌（Listeria Monocytogens）、锌酞菁（Zinc Phthalocyanine）、玫瑰红（Rose Bengal）、银纳米粒子（Silver Nanoparticles）。未来光动力灭菌技术的研究主要集中在光敏剂的固定化、包埋处理以及复合光敏剂的应用、特定染料增强光源激活光动力灭菌的效果、氧载体纳米技术以及光动力联合其他冷灭菌技术增强灭菌等方向上进行研究；通过对光动力领域在食品领域应用上的分析可以看出，即使光动力灭菌技术在食品领域的英文论文数量近年来有所增多，但跟其他领域相比仍然相对较少。从被引频次上看，光动力灭菌技术在食品应用上英文论文的被引频次显著低于该技术上被引频次较高的论文，说明该技术在食品领域的影响力还有待提高。从关键词突现和对食品领域的研究热点和趋势分析可以看出，光动力技术在食品应用上的灭菌范围将更加广泛，且针对沙门氏菌等革兰氏阴性菌灭活的增强上具有一定的研究潜能，同时其在食品领域的应用也将逐步转向延长食品货架期的研究从研究方向上分析。综上所述，光动力灭菌技术在食品领域的研究成果相对较少，但近几年光动力在食品领域呈现出快速发展趋势，未来有较大发展潜力。