1 引言
21世纪以来，新一轮生物科技革命和产业变革深入发展，关乎人类健康、经济运行、国际社会秩序的生物安全引起国际社会的密切关注，也成为国家核心利益的重要保证
[1,2]。生物安全威胁从偶发性风险向常态化威胁持续转变，重大传染病疫情、传统生物武器威胁等传统生物安全问题与网络生物安全、群体遗传操控等新型生物安全风险交织并存，已成为全球面临的重大生存和发展威胁之一
[2]。社会各界也日益重视生物安全相关的政策制定与学术研究
[3⇓⇓⇓⇓⇓-9]。目前生物安全的定义和分类在国内外均未达成统一，对生物安全的威胁来源、主体与客体、安全水平等方面存在不同程度的认知差异
[2]。生物安全的概念起源于美国国立卫生研究院（NIH）在1976年公布的全球首部生物技术研究安全管理规定《重组DNA分子研究准则》，被定义为旨在使病原微生物在实验室受到安全控制而采取的一系列措施
[10,11]。随后研究人员进一步对该概念进行解读。Rebecca等
[1]认为生物安全是一个多学科的概念，即防止、阻止和劝阻开发、生产、储存和使用生物制剂（病原体和毒素）作为武器的努力的措施。郑涛等
[12]将生物安全定义为全球化时代国家有效应对生物及生物技术的影响和威胁，维护和保障自身安全与利益的状态和能力。王小理
[2]认为生物安全是国家等行为体有效防范由各类生物因子、生物技术误用、滥用及相关活动引起的生物性危害，确保自身安全与利益相对处于没有危险和不受内外威胁状态以及保持持续安全的能力与行为。王子灿等
[13]认为生物安全是指防治由生物技术与微生物危险物质及相关活动引起的生物危害。于文轩
[14]在狭义与广义两个角度思考生物安全概念，其中狭义上的生物安全是指人类的生命和健康、生物的正常生存以及生态系统的正常结构和功能不受现代生物技术研发应用活动侵害和损害的状态，广义上的生物安全是指生态系统的正常状态、生物的正常生存繁衍以及人类的生命健康不受致病有害生物、外来入侵生物以及现代生物技术及其应用侵害的状态。
生物安全领域研究内容涵盖广泛，目前已存在多种分类方法，例如《中华人民共和国生物安全法》
[15]将生物安全分为防控重大新发突发传染病、动植物疫情，生物技术研究、开发与应用，病原微生物实验室生物安全管理，人类遗传资源与生物资源安全管理，防范外来物种入侵与保护生物多样性，应对微生物耐药，防范生物恐怖袭击与防御生物武器威胁，其他与生物安全相关的活动；王宏广等
[16]根据国内外生物安全法律、规章、研究报告将生物安全的学科领域分为公共卫生安全、农业生物安全、生物多样性与生态安全、生物技术与实验室安全、国门生物安全、国防生物安全与生物安全保障能力建设等。
相关研究发现，作为学科领域，生物安全涉及植物学、微生物学、病毒学、实验室安全、国家安全情报等多学科，学科交叉融合性成为生物安全领域的重要特点之一
[17]。对生物安全领域的学科交叉程度进行量化，有助于理解生物安全领域的知识交流、学科组成现状以及发展趋势。
目前已经存在大量用于测度学科交叉程度的指标，例如测量多样性的学科类别（NS）
[18]、学科专门度（S）
[19]等；测量平衡性的跨领域引用指数（COC）
[18]、基尼系数(GE)
[20]等；测量差异性的Jaccard系数
[21]、余弦相似性
[21]、平均距离（DIS）
[22]等；聚焦学科多样性与平衡性的加权跨领域引用指数（WCOC）
[23]、信息熵（SH）
[24]、Simpson指数（SI）
[25]、布里渊指数（BI）
[26]、赫芬达尔指数（PDIV）
[27]等；聚焦多样性与差异性的同心指数（
Di）
[28]、学科区分度指数R
[29]等；同时考虑多样性、平衡性以及差异性的Rao-Stirling指标
[30]、IDD指标
[31]、True Diversity指标（简称TD指标）
[32]、DIV指标
[33]及其改进版DIV*指标
[34]等；聚焦于能够反映知识内容整合性的网络一致性的结合“中介中心性”概念
[35]、网络密度（ND）参数
[36]、凝集子群密度（E-I）指标
[37]、网络凝集度（compactness）指标
[38]等；以及将学科多样性和凝聚性结合起来，试图以更综合的视角进行跨学科研究的φ指标
[39]。
目前，国内外研究人员从不同角度对生物安全领域的交叉学科特征进行了探索研究。Mugabushaka等
[40]利用Leinster-Cobbold指数对纳米生物领域的学科交叉与多样性进行了研究。杨志滨等
[41]基于Web of Science数据库论文对国防生物安全领域研究热点进行了分析。Cambrosio等
[42]将生物安全领域近70年的文献划分为文献数量相同的几个增长阶段，并利用共词分析法对其进行了分析。赵超等
[43]对当前生物安全的研究主题及其演进、不同国家/地区的研究议题差异等进行研究。马丽丽等
[44]基于期刊学科类别分析了生物安全研究的学科交叉现状和时序演化，并采用富集分析方法研究了不同国家的学科交叉倾向差异。孙岩松等
[45]总结了生物安全领域十大前沿技术。马丽丽等
[46]通过学科交叉视角对合成生物学研究领域的发展态势进行了分析。马延和等
[47]依据生物安全和合成生物的紧密关联，对生物安全相关政策规章制定提出建议。程悦等
[48]对多学科交叉融合背景下的医学类实验室开放与安全管理特征进行了分析。戚昊辰等
[49]则关注“卓越工程师计划”实施下构建面向国家生物安全需求的生物工程创新人才培养模式的具体措施。
虽然科学界对生物安全领域的交叉科学研究已有初步探索，但学科交叉研究往往仅关注生物安全的某个方向或采用通用领域分类，这可能会导致生物安全领域研发重点随着其种类发生变化这一特点被弱化，而面向生物安全领域的研究则较少重视跨学科相关分析，这使得不同子领域研究的跨学科程度、学科现状、发展趋势、合作趋势等未得到揭示。因此本文以学科交叉的视角，首先对领域进行二次分类，然后再结合研究方向、研究主题与国家维度，对包括研究热点、发展趋势、合作趋势等在内的生物安全领域特征以及跨学科性进行分析，期望为生物安全领域跨学科研究和科技决策提供参考。
2 数据与方法
本文以Web of Science（SCIE）数据库为数据来源，以“biological safety、bio-safety、biosafety、biological security、biology safety、bio safety、bio-security、biosaf*”等生物安全相关关键词为检索词，采用布尔逻辑检索的方式编写检索式，检索范围为入库年至2023年9月30日，共遴选出生物安全领域相关论文9662篇。
通过分析国内外有关生物安全的法律、政策与研究，本文基于Web of Science学科分类（以下简称WOS学科分类），将生物安全领域分为公共卫生安全、农业生物安全、食品生物安全、国防生物安全、网络生物安全、混合生物安全以及其他生物安全等7个子领域，将论文研究方向分为自然科学研究、社会科学研究、自然科学与社会科学研究交叉研究等3个方向。
在生物安全领域分类中，（1）公共卫生安全的核心是保障人民生命健康，主要包括重大传染性疾病防控、病原生物体安全管理、重大疫情监控、人类遗传资源保护、医疗用品安全、病原微生物实验室安全管理等内容，其数据由微生物、病毒学、细胞生物学、中药学、传染病学等生物医药类学科文章组成；（2）农业生物安全关注动植物疫情、人畜共患病、植物品质资源保护、维护生物多样性、水资源保护、转基因动植物、物种入侵、野生动植物资源保护等，其数据由生态学、动物学、生物多样性保护、园艺、植物科学、环境科学等农业、环境类学科文章组成；（3）食品生物安全关注食品中的微生物、动植物及其代谢产物等生物因素对人体健康造成的危害等，其数据由食品科技、营养学等食品类学科文章组成；（4）国防生物安全聚焦于生物恐怖、生物武器、重大生物安全事件的检测、生物威胁等，通过关键词定位获取；（5）网络生物安全是指网络安全、网络实体安全以及生命科学与生物安全等学科的新型交叉领域，该数据集由计算机、数据与信息学类别的学科组成；（6）混合生物安全是指同时属于两种或两种以上的生物安全类型的生物安全研究，例如物种入侵在波及到农业生物安全的同时与国防生物安全也息息相关，因此属于混合生物安全；（7）其他生物安全则是指不属于上述任何一种的生物安全类型，例如生物技术的研究开发与应用、纳米材料导致的生物安全问题、物理化学材料导致的生物安全问题等。
在研究方向分类中，WOS将所有学科分为艺术与人文、生命科学与生物医药、自然科学、社会科学以及应用科学等五大类。本文将生命科学与生物医药、自然科学以及应用科学等相关学科归并为自然科学研究方向，将艺术与人文、社会科学等相关学科归并为社会科学研究方向，将既涉及自然科学研究方向，又涉及社会科学研究方向的学科归并为自然科学与社会科学交叉学科。
选取能够在全时间阶段对生物安全领域的学科交叉程度变化进行良好分辨的指标True Diversity进行学科交叉测度的计算。应用皮尔森相关系数（Pearson's r）与校正决定系数（Adj. R-Square）进行线性拟合，衡量模型可靠性。
采用DDA软件对关键词和国家进行消歧，基于专门针对文献知识单元的可视化工具VOSviewer进行主题分析，基于Co-Occurrence12.9(COOC12.9)软件
[50]进行学科、关键词的加权演变轨迹分析，并利用Origin等软件进行图片绘制。
3 数据分析结果
3.1 生物安全领域研究方向分析
3.1.1 生物安全子领域文献计量分析
生物安全领域学科交叉范围较广，导致各子领域的研究情况相对较复杂。通过对各子领域的发文量进行分析，发现目前公共卫生安全领域的研究论文最多，其他生物安全、农业生物安全与混合生物安全的论文数量位列其后，食品生物安全、网络生物安全与国防生物安全的论文数量相对较少（
图1）。在混合生物安全子领域，公共卫生安全与农业生物安全交叉占比最大，公共卫生安全与国防生物安全、食品生物安全以及网络生物安全分别进行交叉的研究紧随其后。虽然食品生物安全、网络生物安全与国防生物安全的单独研究较少，但它们较多以混合生物安全的形式出现在相关研究内容中。
从各子领域年度发文趋势来看（
图2），公共卫生安全不仅发文量大，并且起步较早，属于相对成熟的生物安全子领域，农业生物安全与其他生物安全出现的时间紧随其后。食品生物安全、网络生物安全、国防生物安全出现的时间均较晚。随着近年来大数据的发展，网络生物安全逐渐受到研究人员关注，国防生物安全类论文的出现从侧面体现了国家对相关领域的重视。
为进一步了解各生物安全子领域的研究重点，本文对7种生物安全子领域的研究主题进行分析，具体如
图3所示。
公共卫生安全主要涉及纳米粒子等多种技术治疗手段与药物研发（红色点区域），涉及病毒、流感等风险因素的机制研究与免疫性研究（绿色点区域），涉及基因编辑等基因技术相关研究（蓝色点区域），涉及组织修复、生物材料、干细胞等再生医学相关研究（黄色点区域），涉及患者安全、职业暴露等医院与实验室相关的研究（紫色点区域）。
农业生物安全的研究主题主要包括转基因、遗传学等与植物相关的多样化生物技术研究（蓝色点区域），流感、病毒等风险因素研究（红色点区域），基因流动、转基因等植物基因技术相关研究（黄色点区域），人类传染病对农牧业等风险因素研究（绿色点区域）。
食品生物安全的研究主题主要包括与食物相关的菌类研究（绿色点区域），食品营养、保鲜与过期后可能带来的疾病研究（红色点区域），与转基因食品相关的研究（蓝色点区域）。
国防生物安全的研究主题主要包括生化武器相关研究（浅蓝色与深蓝色点区域），生物恐怖主义相关研究（绿色点区域），实验室安全相关研究（红色点区域），实验方法相关研究（棕色点区域）、农业生物安全与转基因导致的环境危害（紫色与橘色点区域）等。
网络生物安全的研究主题主要包括深度学习技术的应用（黄色点区域），人工智能技术应用与疾病研究（红色点区域），与流行性疾病相关的监测与调研研究（蓝色点区域），以及技术相关开发（绿色点区域）。
混合生物安全的研究主题则主要包含材料、化学试剂等的毒性研究（蓝色点区域），病毒、流行性疾病相关研究（红色点区域）以及基因技术相关研究（绿色点区域）。
虽然与其他生物安全相关的研究较多，但主要分类较少，其他生物安全的研究主题主要包括疾病与药物相关研究（红色点区域），相关材料研发与特性研究（绿色点区域），致病毒性机理研究（蓝色点区域）。
综上所述，生物安全各子领域的研究主题各有侧重，公共卫生安全更多关注人类活动研究，农业生物安全更多关注动植物领域的生物安全，食品生物安全更多关注细菌微生物等，国防生物安全更多关注对国防造成较大攻击倾向的生物武器等，网络生物安全更多关注基于计算机技术影响的生物安全研究，混合生物安全更多关注病毒、转基因、毒性材料与试剂的研究，其他生物安全更多关注药物与各种材料研究。同时，各子领域研究彼此有所交叉，有些研究较为相似，但有些研究虽然关注了同一个研究对象，但研究角度有所不同。例如农业生物安全与食品生物安全均关注了转基因技术，但食品生物安全更关注转基因食物，而农业生物安全更关注基于转基因技术改造植物性状等。
3.1.2 生物安全子领域与研究方向之间的关系
通过将研究方向与生物安全子领域进行交叉组合，能够了解是否所有研究方向均包含了所有子领域研究（
图4）。本研究聚焦SCIE数据库，从图中可以看出，自然科学研究方向包含公共卫生安全、农业生物安全等7大生物安全子领域，自然科学与社会科学交叉研究方向除了不包含食品生物安全外，涵盖了公共卫生安全等其他6个子领域，社会科学研究方向主要包含其他生物安全以及公共卫生安全以及少量混合生物安全研究，体现了大部分生物安全子领域能够提供从不同研究方向进行分析的视角。此外，通过关联学科与生物安全子领域之间的关系，列出了整个生物安全领域所涉及的178个学科中发文量较为靠前的几个方向，分别是生物工程与应用微生物，生化与分子生物学，微生物学，医学：研究与实验、生化与分子生物学以及包括化学综合、材料科学-综合、纳米科技在内的其他生物安全领域。
虽然了解了生物安全领域发文量较大的几个学科方向，但对于这些学科的加入时间以及活跃时期并不清楚。学科的演变特征能够帮助了解一个学科的知识流入情况。本文选取了发文量大于300的学科，利用Co-Occurrence12.9(COOC12.9)软件进行演变轨迹分析（
图5）
[50]。其中，虽然纳米科技、材料科学-综合、化学物理等在2010年后才开始与生物安全领域结合，但近几年融合逐渐加深。生化与分子生物学、微生物学等传统生命科学则均于2000年前就开始与生物安全领域融合，虽然相关知识流入生物安全领域较早，但目前仍然在融合过程中。除了学科外，关键词的演变轨迹能够从细粒度层面探测学科交叉的知识演变过程。本文选取了出现频次大于50的关键词，利用Co-Occurrence12.9(COOC12.9)软件进行加权关键词演变分析
[50]，探测不同学科与关键词出现的频率以及出现的平均年份（
图6）。其中，生物安全本身被提及的次数最多，最早出现于1990年的研究中，并且随着时间的延长被提及的次数逐渐增加。新型冠状病毒一经出现就受到了持续关注，基因流动出现较早，但后续关注持续减弱。此外，癌症等疾病的治疗研究、毒性、药物研发等也成为近几年的热点话题。
3.1.3 主要国家研究现状与合作趋势
图7和
图8分别对主要国家发文情况和TOP5国家单独发文、合作发文的概况与趋势进行分析，旨在了解主要国家的生物安全研究现状与发展态势。从
图7可以看出，中国的总体发文量最高，但最倾向于单独发文；英国的合作发文比例最高，最倾向于合作发文；美国最为均衡，合作发文与国内单独发文数量几乎相等。从
图8可以看出，美国、英国不仅自主研究起步较早，也较早开启了国际合作研究；中国起步较晚，研究产出较多集中在2019年之后，2010年起逐渐开始关注与其他国家的合作。
通过分析国家与生物安全子领域的组合（
图9），能够阐明各个国家的研究倾向性，以及在不同子领域研究过程中是倾向于合作研究还是独立研究等问题。本文发现TOP5国家均进行了较多的公共卫生安全、其他生物安全、农业生物安全以及混合生物安全研究，在食品生物安全、国防生物安全以及网络生物安全方面的研究均较少或没有，但各国的合作倾向不同。中国、印度在所有子领域均倾向于独立研究，英国则倾向合作研究。德国在农业生物安全以及混合生物安全方面较为均衡，而在公共卫生安全与其他生物安全方面则倾向于合作。美国在公共卫生安全方面较为均衡，但在混合生物安全与农业生物安全方面倾向于独立研究，在其他生物安全方面倾向于合作研究。
对发文量TOP5国家的合作情况进行进一步分析可以发现（
图10），中美合作密切，排名前三的子领域为公共卫生安全、其他生物安全与农业生物安全。英国、德国也与美国进行了大量的合作，主要为公共生物安全子领域。印度与意大利、美国在公共卫生安全方面的合作研究较多，并且印度与意大利在农业生物安全的合作也较多。总体来看，美国活跃于各个国家之间；欧洲国家倾向于合作发文，并且欧洲国家相互之间的合作较多；中国主要与美国合作，其次是欧洲国家；印度倾向于与意大利、美国进行合作。
3.2 生物安全领域学科交叉测度研究
3.2.1 生物安全子领域学科交叉特征与发展趋势
由于生物安全子领域代表着不同的学科背景，也代表着不同学科簇之间的组合，因此不同子领域的跨学科程度是否相同还未可知。本文对不同子领域的跨学科测度进行了时序分析（
图11，
表1）。对时间与跨学科性进行拟合，发现所有子领域的学科交叉程度均随着时间的推移有着不同程度的增长，其中公共卫生安全、农业卫生安全、混合卫生安全与其他生物安全的跨学科性随时间稳步增长。而食品生物安全、国防生物安全与网络生物安全由于发文量较少，其跨学科性与时间的拟合效果并不好，但是依旧可以发现，虽然三者的学术性研究起步较晚，但其跨学科性较高。
3.2.2 生物安全各研究方向学科交叉特征与发展趋势
不同研究方向的跨学科性也有所不同，通过时序分析（
图12，
表2）发现，所有研究方向的跨学科性均随着时间的推移逐渐升高，并且自然科学与社会科学交叉以及社会科学的研究虽然开始较晚，但是跨学科性较自然科学程度高。
3.2.3 生物安全领域不同国家的学科交叉特征
结合TOP5国家单独发文与合作发文的跨学科性随时间变化情况（
图13，
表3）可以发现，随着时间的推移，TOP5国家的跨学科性均有所增加。将同一国家的单独发文与合作发文的跨学科性进行对比可以发现，跨国合作有助于学科的进一步交叉，但并不是所有国家跨国合作研究的多样性都比单独研究的多样性大，可以发现印度的单独研究学科多样性要大于合作研究的学科多样性，美国合作研究的学科多样性在2010年后才显现出比单独发文更大的趋势，而中国、德国单独研究与合作研究的多样性相似。
4 讨论与结论
本文基于学科交叉的视角，对生物安全领域进行细分，并对生物安全领域及其学科交叉的特征、发展趋势、演化趋势等进行分析，梳理了生物安全领域的现状与特征，探明了生物安全领域的发展趋势、演化趋势与学科交叉趋势，阐明了不同国家生物安全领域的现状、特征、学科交叉趋势以及合作趋势，为进一步开展生物安全领域跨学科研究、学科资源分配以及科技决策支撑提供参考。
在学科特征研究方面，生物安全领域中的公共卫生安全、其他生物安全以及农业生物安全起步较早，国防生物安全、食品生物安全与网络生物安全为学界关注的新型生物安全。在学科交叉方向和程度方面，公共卫生安全、农业生物安全、混合生物安全与其他生物安全的跨学科性随着时间稳步增长；在SCIE数据库中存在的自然科学与社会科学交叉研究以及社会科学研究虽然起步较晚，但是跨学科性较自然科学的学科交叉程度高。
在国家学科交叉研究方面，不同国家的合作倾向不同，并且国家之间的合作对生物安全的学科交叉有所影响。其中，美国在合作发文与单独发文两种方式上十分均衡；英国倾向于合作发文；中国倾向于单独发文，但在2019年后合作意识逐渐增强。总的来说，发文量TOP5国家在生物安全领域的跨学科性随时间的推移均有所增加。通过对比发现，我国的公共卫生安全、其他生物安全与农业生物安全发展较快，属于有优势的特色领域，但如食品生物安全与网络生物安全这类交叉性更强的国际前沿生物安全领域的研究实力有待提升。
对生物安全领域进行多维度文本分析能更立体地展现跨学科特征与发展趋势，并帮助探索跨学科的影响因素，但目前本文仅限于论文分析，未来将对专利、项目、政策等多维度文本进行分析，并将结合如ChatGPT等人工智能技术进行学科交叉特征的深入挖掘。
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