基于WOS數(shù)據(jù)庫的國防生物安全領(lǐng)域研究熱點

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

從國外國防生物安全領(lǐng)域的發(fā)展看，美國在該領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位，自2001年“911 事件”和“炭疽事件”發(fā)生后，美國在生物安全領(lǐng)域的投入迅速增加，在傳染病載體的基礎(chǔ)研究、生物安全事件的預(yù)警和應(yīng)急處理方面，投入巨大[2]。法國P4實驗室建設(shè)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(fā)布的《英國生物安全戰(zhàn)略》中指出，英國政府為保護(hù)英國及其利益免受重大生物風(fēng)險，應(yīng)充分了解、有效預(yù)防、及時檢測和快速處置，還應(yīng)具備強大的科學(xué)基礎(chǔ)實力，并充分發(fā)揮工業(yè)界和學(xué)術(shù)界在生物安全方面的作用等?？梢姼鲊鴮郎锇踩I(lǐng)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(tǒng)計分析工具，系統(tǒng)揭示國防生物安全領(lǐng)域的研究熱點和重點，為我國相關(guān)科研人員提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

數(shù)據(jù)來源于SCI-E(Science Citation Index Expanded)和ESI(Essential Science Indicators)等相關(guān)數(shù)據(jù)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(nèi)外學(xué)術(shù)界公認(rèn)的科研績效評價的方法，而采用SCI-E和ESI等相關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行科技論文的收錄及引用情況的統(tǒng)計分析，已成為評價科研學(xué)術(shù)機構(gòu)研究能力和科研業(yè)績表現(xiàn)的主要參考依據(jù)之一[3]。本文采用文獻(xiàn)計量學(xué)、繪制聚類譜系圖、戰(zhàn)略坐標(biāo)圖等方法，利用SCI-E及相關(guān)數(shù)據(jù)庫對國防生物安全領(lǐng)域1999-2018年科技論文發(fā)表情況進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 國防生物安全領(lǐng)域發(fā)文情況

經(jīng)檢索，1999-2018年期間共有4 427篇國防生物安全領(lǐng)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(chǎn)出呈現(xiàn)比較平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢。其中2002-2006年，即2001年發(fā)生的“911 事件”和“炭疽事件”后的5年，國防生物安全領(lǐng)域成為了研究熱點,研究數(shù)量達(dá)到頂峰。這與美國國家科學(xué)基金在生物安全相關(guān)領(lǐng)域的資助從 2000 年開始資助經(jīng)費明顯增加并在2003-2005年達(dá)到高峰[2]密切相關(guān)。

圖1 國防生物安全領(lǐng)域1999-2018年科技論文產(chǎn)出數(shù)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(jù)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(lǐng)域質(zhì)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(lǐng)域的主要科研機構(gòu)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(lǐng)域的科研，如加州大學(xué)、哈佛大學(xué)等高校[5]。從國防生物安全領(lǐng)域的基金支持情況看，軍事大國無不重視該領(lǐng)域的相關(guān)研究。如美國在國防生物安全領(lǐng)域的投入巨大，國防生物安全的科研得到了美國國立衛(wèi)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(xué)基金、歐洲委員會基金也對該領(lǐng)域進(jìn)行重點資助[6]。

2.2 國防生物安全領(lǐng)域的學(xué)科主題分析

根據(jù)對科研機構(gòu)某一時期科技論文的學(xué)科主題的聚類分析，可以判別該科研機構(gòu)比較活躍的研究領(lǐng)域。根據(jù)SCI-E的學(xué)科主題類目(Subject Catalog，SC)分類統(tǒng)計，國防生物安全領(lǐng)域近20年被SCI-E收錄的論文涉及到的學(xué)科主題類目共112個。表1列出了9個比較活躍的學(xué)科，其中Microbiology(微生物)、Infectious diseases(傳染病)、Immunology(免疫學(xué))、Public,Environmental & Occupational Health(公共、環(huán)境和職業(yè)衛(wèi)生)4個學(xué)科主題領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量較多，均高于400篇。從表1可看出，發(fā)表論文最多的學(xué)科主題為“Microbiology(微生物學(xué))”，共發(fā)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(biāo)主要包括被引頻次、h指數(shù)等?？萍颊撐牡谋灰妙l次是衡量研究成果被同行關(guān)注程度的重要指標(biāo)，是衡量論文的影響力的重要標(biāo)準(zhǔn)。《科學(xué)評論索引》(ISR)認(rèn)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(xué)科的經(jīng)典論著；如果關(guān)于一種繼承性研究而連續(xù)發(fā)表的論文被他人引用次數(shù)大于10次，則這些論文的總學(xué)術(shù)價值相當(dāng)于專著。h指數(shù)(H-index)又稱H因子(h-factor)，代表“高引用次數(shù)”(high citations)，能夠比較準(zhǔn)確地反映一個人的學(xué)術(shù)成就，一個人的h指數(shù)越高，則表明他的論文影響力越大[7]。

表1 國防生物安全領(lǐng)域1999-2018年前9個比較活躍的研究領(lǐng)域

1999-2018年，SCI-E收錄的國防生物安全領(lǐng)域的4 427篇論文的總被引次數(shù)為105 928次，篇均被引用次數(shù)為24次，年均的被引用5 296次。在國防生物安全領(lǐng)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(fā)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(jìn)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(jìn)行了研究。

2.4 科技論文的關(guān)鍵詞聚類分析

關(guān)鍵詞是為反映文獻(xiàn)主題內(nèi)容和滿足文獻(xiàn)檢索需要而從文獻(xiàn)中選取的詞或詞組，是學(xué)術(shù)論文的重要組成部分，能夠揭示文獻(xiàn)的主題信息，是對文獻(xiàn)最核心的內(nèi)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(xiàn)關(guān)鍵詞的分析包括關(guān)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(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻統(tǒng)計，篩選出高頻關(guān)鍵詞，進(jìn)而分析研究對象的熱點、前沿及發(fā)展方向；共詞聚類分析則是內(nèi)容分析法的一種，其運算過程主要是兩兩統(tǒng)計主題詞在同一篇文獻(xiàn)中的出現(xiàn)頻率，以詞對頻率為統(tǒng)計對象，采用聚類算法的數(shù)據(jù)挖掘方式，把詞間關(guān)系密切的主題詞聚集成類，形成一個個類團(tuán)[9]。

表2 國防生物安全領(lǐng)域被引頻次前10的論文

以上述4 427篇論文被引次數(shù)超過100次的121篇論文的關(guān)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(jìn)行分析。首先，利用DDA分析工具構(gòu)建高頻詞共詞相似矩陣，并導(dǎo)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(lǐng)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(xué)研究，關(guān)鍵詞主要是smallpox，vaccine，Epidemiology，vaccination，vaccinia；第二類：生物恐怖相關(guān)傳染病炭疽、兔熱病、肉毒桿菌等的研究，關(guān)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(guān)研究，關(guān)鍵詞主要是Bacillus anthracis，F(xiàn)rancisella tularensis，Yersinia pestis，detection，decontamination；第四類：生物恐怖的預(yù)防與監(jiān)測的相關(guān)研究，關(guān)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(lǐng)域的關(guān)鍵詞戰(zhàn)略坐標(biāo)分析

戰(zhàn)略坐標(biāo)圖最早由Law 等提出,用來分析某個領(lǐng)域各主題的分布情況。該指標(biāo)可以反映某一領(lǐng)域研究內(nèi)容的內(nèi)部聯(lián)系情況以及相互影響，主要由2個指標(biāo)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(tuán)內(nèi)兩兩共現(xiàn)頻次總和除以類團(tuán)內(nèi)關(guān)鍵詞總個數(shù)，向心度的計算方式則采用類團(tuán)間兩兩共現(xiàn)頻次總和除以該類團(tuán)內(nèi)關(guān)鍵詞總個數(shù)的計算方法[10]。國防生物安全領(lǐng)域各主題類團(tuán)的向心度值和密度值詳見表3。

圖2 高頻詞共詞網(wǎng)絡(luò)截圖

表3 國防生物安全領(lǐng)域各主題類團(tuán)的向心度值和密度值

根據(jù)國防生物安全領(lǐng)域的主要關(guān)鍵詞列表，筆者把主要關(guān)鍵詞分成了4個類團(tuán)。類團(tuán)1：生物恐怖的預(yù)防，主要關(guān)鍵詞有vaccine，disaster planning，immunization等；類團(tuán)2：微生物、毒素等相關(guān)疾病的流行病學(xué)研究，主要關(guān)鍵詞有Epidemiology，infectious disease，disease outbreaks等；類團(tuán)3：生物恐怖事件的癥狀監(jiān)測、預(yù)警，主要關(guān)鍵詞有syndromic surveillance，biosensor，detection等；類團(tuán)4：疫病的治療、疫情的控制和消除，主要關(guān)鍵詞有decontamination，infection control，treatment等。

戰(zhàn)略坐標(biāo)圖分為4 個象限，類團(tuán)分布在這4個象限中，客觀反映了研究發(fā)展現(xiàn)狀。用X 軸表示向心度，用Y 軸表示密度，兩個軸的平均數(shù)(0.5375，2.6875)為坐標(biāo)原點，繪制了20年間國防生物安全領(lǐng)域熱點研究主題的戰(zhàn)略坐標(biāo)圖(圖3)。在X 軸方向，主題類團(tuán)的位置越靠右，則其向心度值越大，與其他主題類團(tuán)中的關(guān)鍵詞共現(xiàn)的可能性也就越大，是關(guān)注的熱點。從圖3中可以看出，當(dāng)前對生物恐怖的預(yù)防排在了最前面，為該領(lǐng)域的熱點；如何預(yù)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(tuán)主題的Y 值越大，密度值越大，表示類團(tuán)內(nèi)部關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系越緊密，即說明該領(lǐng)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(jiān)測、預(yù)警技術(shù)以及微生物、毒素等相關(guān)疾病的流行病學(xué)研究的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，科研人員關(guān)于應(yīng)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(lǐng)域的研究較少，這部分研究主要涉及臨床醫(yī)學(xué)和消毒學(xué)。

圖3 生物安全領(lǐng)域熱點研究主題戰(zhàn)略坐標(biāo)圖

2.6 國內(nèi)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(lǐng)域4 427篇論文的作者單位進(jìn)行了限定。選取美國國防部、美國陸軍、印度國防研究與發(fā)展部、印度國防研究與發(fā)展機構(gòu)、英國國防科技實驗室、美國空軍、美國陸軍工程兵團(tuán)、沃爾特里德陸軍研究所、美國陸軍研究開發(fā)工程中心司令部、沃爾特里德國家軍事醫(yī)療中心、中國軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、美國陸軍傳染病醫(yī)學(xué)研究所、捷克共和國國防大學(xué)、軍事衛(wèi)生流行病學(xué)研究所、圣安東尼奧軍事醫(yī)療中心、瑞典國防研究局、美國陸軍研究實驗室、陸軍醫(yī)療獸醫(yī)研究中心、加拿大國防研究發(fā)展部、美國國防威脅降低局、中國第四軍醫(yī)大學(xué)、土耳其Gülhane軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、以色列國防軍醫(yī)療部隊、美國海軍等25家與軍事相關(guān)機構(gòu)的論文353篇，利用DDA分析工具生成軍事科研機構(gòu)及關(guān)鍵詞的互相關(guān)圖(圖4)，以期對軍事相關(guān)機構(gòu)的研究熱點進(jìn)行分析。國內(nèi)外軍事醫(yī)學(xué)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(xì)菌、病毒的檢測、預(yù)防和相關(guān)疫苗進(jìn)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(yī)學(xué)研究中心還對未知樣本的快速檢測進(jìn)行了重點研究，意大利陸軍醫(yī)療與獸醫(yī)中心對布魯氏菌進(jìn)行了深入研究，加拿大國防研究與發(fā)展中心則主要對西尼羅病毒和西方馬腦炎病毒進(jìn)行了研究，英國國防科技實驗室主要對蓖麻毒素進(jìn)行了研究，波蘭軍事衛(wèi)生與流行病研究所更關(guān)注微生物氣溶膠。

圖4 國防生物安全領(lǐng)域軍事機構(gòu)研究熱點

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果顯示，近20年國防生物安全領(lǐng)域的科技論文呈現(xiàn)比較平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢，軍事大國都比較重視該領(lǐng)域的相關(guān)研究，尤其是美國，不僅發(fā)文最多，而且除了關(guān)注監(jiān)測、預(yù)防，還重視快速檢測。微生物、傳染病、免疫、公共環(huán)境與衛(wèi)生4個學(xué)科主題在該領(lǐng)域比較活躍。

3.1 美國在國防生物安全領(lǐng)域投入巨大

從國家的發(fā)文的情況來看，美國遙遙領(lǐng)先，美國CDC、美國國防部、美國陸軍以及美國的高校是發(fā)文的主力。截至2017年，僅美國國家科學(xué)基金會在生物安全相關(guān)領(lǐng)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(lǐng)域的研究重點主要集中于監(jiān)測、預(yù)防

國防生物安全領(lǐng)域的研究熱點主要是關(guān)于天花、牛痘疫苗的接種及流行病學(xué)研究，生物恐怖相關(guān)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(guān)研究，生物恐怖的預(yù)防與監(jiān)測的相關(guān)研究等。其中，如何預(yù)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(jiān)測、預(yù)警技術(shù)以及微生物、毒素等相關(guān)疾病的流行病學(xué)研究的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，對于應(yīng)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(lǐng)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(gòu)重視對新發(fā)傳染病病原體的研究

從軍事科研機構(gòu)的主要關(guān)鍵詞中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外軍事醫(yī)學(xué)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(xì)菌、病毒的檢測、預(yù)防和相關(guān)疫苗進(jìn)行研究。各國主要的研究方向也有所不同，如美國海軍醫(yī)學(xué)研究中心還對未知樣本的快速檢測進(jìn)行了重點研究，意大利陸軍醫(yī)療與獸醫(yī)中心對布魯氏菌進(jìn)行了深入研究，加拿大國防研究與發(fā)展中心則主要對西尼羅病毒和西方馬腦炎病毒進(jìn)行了研究，英國國防科技實驗室主要對蓖麻毒素進(jìn)行了研究，波蘭軍事衛(wèi)生與流行病研究所更關(guān)注微生物氣溶膠。

通過上述研究，筆者認(rèn)為對于新發(fā)傳染病預(yù)防、監(jiān)測的研究是國防生物安全領(lǐng)域的重點，但隨著合成生物學(xué)及生物交叉技術(shù)的迅速發(fā)展，國防生物安全受到了巨大的挑戰(zhàn)。如何快速控制、消除疫病，防止國防生物安全事件的擴(kuò)大，勢必成為該領(lǐng)域的研究難點和重點。這需要國家建立完善的預(yù)警、監(jiān)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(shù)和儀器支持，更需要提高全民對生物恐怖事件的認(rèn)知水平，減少不必要的恐慌。

4 結(jié)語

本文借助 Web of Science檢索平臺、DDA分析工具以及SPSS 19.0統(tǒng)計分析工具，分析了近20年國防生物安全領(lǐng)域論文產(chǎn)出情況、研究的學(xué)科主題、核心關(guān)鍵詞、研究方向的戰(zhàn)略坐標(biāo)圖及國內(nèi)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(lǐng)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(yī)學(xué)相關(guān)基金重點資助該領(lǐng)域的研究方向、機構(gòu)和主要科研團(tuán)隊的深入挖掘更有意義。下一步，我們將在本文的基礎(chǔ)上，逐步細(xì)化該領(lǐng)域的研究脈絡(luò)，更深入地研究該領(lǐng)域主要技術(shù)路線圖，從而進(jìn)一步揭示該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。