全球3D生物打印技術(shù)研究態(tài)勢分析*

黃鵬飛 李丹丹 毛開云**，

（1.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201114；2.中國科學(xué)院上海生命科學(xué)信息中心，中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所，上海 200031）

3D生物打印技術(shù)在傳統(tǒng)3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上引入了發(fā)育生物學(xué)、組織工程和再生醫(yī)學(xué)等概念，又稱“生物增材制造技術(shù)”，是一種采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用具有生物相容性的粉末狀金屬或塑料等黏合材料為原料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造生物組織或器官的技術(shù)［1，2］。隨著技術(shù)的發(fā)展，3D生物打印技術(shù)可以制造出更接近天然組織器官的模擬替代物，尤其是在骨、軟骨、軟組織、神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)再生領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用［3］。目前，3D生物打印技術(shù)被認(rèn)為處于起步階段，在核心技術(shù)領(lǐng)域尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，但是3D生物打印技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于某些產(chǎn)品或部件的生產(chǎn)，包括牙科和骨科的植入或替代材料、生物墨水以及生物傳感器等［4］。其中，3D生物打印的牙科和骨科植入或替代材料已經(jīng)在臨床上得到小范圍的應(yīng)用和推廣，3D生物打印的功能性組織動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獲得了成功，而生物墨水以及生物傳感器等產(chǎn)品還處于實(shí)驗(yàn)室階段。

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是通過對(duì)文獻(xiàn)的定量分析來客觀評(píng)價(jià)科技領(lǐng)域發(fā)展?fàn)顩r和趨勢的方法［5］。由于文獻(xiàn)計(jì)量的準(zhǔn)確性、客觀性和便利性，使其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是生物醫(yī)藥等創(chuàng)新發(fā)展領(lǐng)域。利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，能夠?qū)€(gè)人、機(jī)構(gòu)、國家或地區(qū)層面的科研工作做出較為科學(xué)的評(píng)價(jià)，從而提高科研管理水平和研究的效率［6］。從專利或文獻(xiàn)角度出發(fā)對(duì)3D生物打印技術(shù)進(jìn)行分析研究的學(xué)者鮮少，劉鑫、苗苗等學(xué)者從專利信息的角度分析了我國3D生物打印技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化研究［7］，凡慶濤等學(xué)者同樣從專利信息角度分析了全球3D生物打印技術(shù)的發(fā)展和合作態(tài)勢［8］。但從期刊論文的角度對(duì)全球3D生物打印技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢尚未見報(bào)道。因此，本文基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)，從不同角度研究并分析了全球3D生物打印技術(shù)的期刊論文，對(duì)論文增長與分布、作者合作、國家分布等進(jìn)行分析，特別分析了3D生物打印技術(shù)研究的熱點(diǎn)和趨勢，為科研工作者的研究工作提供一定的依據(jù)和參考。

1 材料與方法

本文利用Web of Knowledge平臺(tái)，選取Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫為文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源，應(yīng)用可視化軟件VOSviewer和DDA軟件從作者、研究機(jī)構(gòu)、國家/地區(qū)等方面進(jìn)行多角度對(duì)3D生物打印技術(shù)分析，從宏觀上對(duì)3D生物打印技術(shù)研究熱點(diǎn)和未來發(fā)展趨勢進(jìn)行挖掘，其中包含醫(yī)用可植入金屬材質(zhì)的打印技術(shù)以及細(xì)胞組織制造打印技術(shù)。

1.1 檢索策略

檢索策略的制定有兩個(gè)步驟按順序進(jìn)行：1）精確檢索，2）排除檢索。

1.1.1 精確檢索

為了保證文獻(xiàn)查全，本文采取了主題詞、關(guān)鍵詞和Web of Science學(xué)科類別等檢索途徑，檢索時(shí)間為2021年7月10日。1）檢索詞的選取考慮了3D生物打印的同義詞及縮寫詞，對(duì)于同義詞及縮寫詞用邏輯或（OR）進(jìn)行組配以保證檢索無遺漏。2）由于3D生物打印是3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的分支，本文將3D打印技術(shù)的同義詞及縮寫詞與生物醫(yī)藥領(lǐng)域關(guān)鍵詞進(jìn)行組合檢索。3）將3D打印技術(shù)及其主要工藝的關(guān)鍵詞與Web of Science生物醫(yī)藥相關(guān)的學(xué)科類別進(jìn)行組配檢索，確保了搜索文獻(xiàn)的完整性。3D生物打印檢索表達(dá)式如下：（TS＝（＂3D bioprint*＂OR＂3D bioprint*＂OR＂Three dimension*bioprint*＂））OR（TS＝（（＂3D print*＂OR＂Three dimension*print*＂OR＂additive manufact*＂OR＂rapid*prototyp*＂OR＂rapid*prototyp*＂OR＂rapid*manufact*＂OR＂additive*prototyp*＂）AND（bio*OR gene OR genome OR DNA OR RNA OR＂tissue engineer*＂OR＂blood vessel＂OR＂stent arthrosis＂）））OR（TS＝（＂additive manufactur*＂OR＂3D print*＂OR＂rapid prototyp*＂OR＂layered manufactur*＂OR＂direct metal deposition＂OR＂laser sintering＂OR＂laser melt*＂OR＂freeform fabrication＂OR＂electron beam melt*＂OR ＂stereolithography＂OR ＂fused deposition mode*＂OR＂shapemetal deposition＂）ANDWC＝（Allergy OR Anatomy＆Morphology OR Anesthesiology OR Anthropology OR Behavioral Sciences OR Biochemistry＆Molecular Biology OR Biophysics OR Biotechnology＆Applied Microbiology OR Cardiovascular System＆Cardiology OR Cell Biology OR Critical Care Medicine OR Dentistry，Oral Surgery＆Medicine OR Dermatology OR Developmental Biology OR Emergency Medicine OR Endocrinology＆Metabolism OR Entomology OR Evolutionary Biology OR Gastroenterology＆Hepatology OR General＆Internal Medicine OR Genetics＆Heredity OR Geriatrics＆Gerontology OR Health Care Sciences＆Services OR Hematology OR Immunology OR Infectious Diseases OR Integrative＆Complementary Medicine OR Legal Medicine OR Marine＆Freshwater Biology OR Mathematical＆Computational Biology OR Medical Ethics OR Medical Informatics OR Medical Laboratory Technology OR Microbiology OR Mycology OR Neurosciences＆Neurology OR Nursing OR Nutrition＆Dietetics OR Obstetrics＆Gynecology OR Oncology OR Ophthalmology OR Orthopedics OR Otorhinolaryngology OR Paleontology OR Parasitology OR Pathology OR Pediatrics OR Pharmacology＆Pharmacy OR Physiology OR Psychiatry OR Public，Environmental＆Occupational Health OR Radiology，Nuclear Medicine＆Medical Imaging OR Rehabilitation OR Reproductive Biology OR Research＆Experimental Medicine OR Respiratory System OR Rheumatology OR Sport Sciences OR Substance Abuse OR Surgery OR Toxicology OR Transplantation OR Tropical Medicine OR Urology＆Nephrology OR Veterinary Sciences OR Virology））。

1.1.2 排除檢索

由于2021年文獻(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)不夠完整，本文排除了從2021年1月1日起發(fā)布的文章。同時(shí)，本文檢索的文獻(xiàn)排除了“Article”和“Review”以外的類型文件，以及匿名作者和非英語的文章。

1.2 數(shù)據(jù)提取

通過Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫檢索的數(shù)據(jù)以文本格式導(dǎo)出。文獻(xiàn)導(dǎo)出時(shí)選擇“全記錄與引用的參考文獻(xiàn)”，并保存為“純文本”文檔到指定路徑，每條記錄主要包括作者、標(biāo)題、期刊、關(guān)鍵詞、摘要、出版年份和引文等數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

為進(jìn)一步研究全球3D生物打印技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，本文以Web of Science核心數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源進(jìn)行檢索，利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)定律作為分析方法，首先分別按照出版年、文獻(xiàn)類型、國家及機(jī)構(gòu)、作者、出版物、引用頻率、研究方向等方面進(jìn)行分類檢索分析，并對(duì)國內(nèi)發(fā)文情況進(jìn)行檢索分析。然后，再利用Nees Jan van Eck和Ludo Waltman開發(fā)的信息可視化VOSviewer軟件繪制知識(shí)圖譜，通過對(duì)國家、機(jī)構(gòu)和作者的網(wǎng)絡(luò)視圖的解讀，分析3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域的作者、研究機(jī)構(gòu)、國家/地區(qū)之間的合作關(guān)系，探析該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2 研究結(jié)果

2.1 公開趨勢

按照上述檢索方法，排除不符合的文獻(xiàn)后，共檢索到1990—2020年間3D生物打印技術(shù)相關(guān)期刊論文15736篇（圖1）。

圖1 Web of Science數(shù)據(jù)庫3D生物打印技術(shù)檢索文獻(xiàn)量Fig.1 Web of Science Database 3D Bioprinting Technology Retrieval Literature Quantity

3D生物打印已經(jīng)在諸多領(lǐng)域取得了重要突破，如微生理裝置、圖案化組織、可灌注微血管網(wǎng)絡(luò)和可植入支架等［9］。作為再生醫(yī)學(xué)的一個(gè)新興領(lǐng)域，3D生物打印技術(shù)的發(fā)文量整體呈上升趨勢，處于快速發(fā)展階段（圖2）。從全球發(fā)文量的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：1990—1996年，年發(fā)文量小于15篇；1997—2015年，3D生物打印技術(shù)的研究處于持續(xù)上升階段，由1997年的15篇增長至2014年的505篇；2015—2020年，3D生物打印技術(shù)的研究處于迅猛上升發(fā)展階段，2016年全球年發(fā)文量突破1000篇大關(guān)。從中國發(fā)文量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，我國3D生物打印研究起始于2001年，此后文獻(xiàn)量一直在增長；從2009年開始中國在3D生物打印領(lǐng)域的發(fā)文量逐漸活躍，2015年后進(jìn)入迅猛發(fā)展期，增速低于全球總體發(fā)展情況。

圖2 3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量變化趨勢Fig.2 Trend of Publications in the Field of 3D Bioprinting Technology

表1顯示了全球3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量的年份、作者和國家分類情況分析。2015—2019年期間，全球3D生物打印技術(shù)的發(fā)文量占分析總數(shù)的58.66%，是前五年的6倍左右；2020年全球3D生物打印技術(shù)的發(fā)文量占比達(dá)到該領(lǐng)域歷年發(fā)文總量的25.37%，反映出3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域目前正處于快速發(fā)展期。生物學(xué)等理工科領(lǐng)域的研究更傾向于多人合作完成［10］。通過對(duì)論文的作者數(shù)目進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)3D生物打印領(lǐng)域發(fā)表的論文中有近一半（44.98%）都是由4～6位作者合作完成，超過90%的論文作者數(shù)目在2～10人之間。此外，98.39%的論文主要由1～3個(gè)國家完成。

表1 3D生物打印技術(shù)檢索文章分析Tab.1 Analysis of Retrieval Articles by 3D Bioprinting Technology

如圖3和圖4所示，1990—2015年全球3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域論文Web of Science類別排名前十位的分別是生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)生物材料、牙科口腔外科醫(yī)學(xué)、手術(shù)外科、材料科學(xué)多學(xué)科、納米科學(xué)納米技術(shù)、應(yīng)用物理學(xué)、放射學(xué)核醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)成像、生物技術(shù)應(yīng)用微生物學(xué)、化學(xué)多學(xué)科；而2015—2020年全球3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域論文Web of Science類別排名前十位的分別是材料科學(xué)多學(xué)科、材料科學(xué)生物材料、生物醫(yī)學(xué)工程、納米科學(xué)納米技術(shù)、應(yīng)用物理學(xué)、化學(xué)多學(xué)科、外科手術(shù)、牙科口腔外科醫(yī)學(xué)、物理化學(xué)、高分子科學(xué)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2015—2020年排名前十的類別中新增了高分子化學(xué)和物理化學(xué)，而減少了放射學(xué)核醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)影像和生物技術(shù)應(yīng)用微生物學(xué)。此外，2015—2020年材料科學(xué)多學(xué)科發(fā)文量明顯增加且遠(yuǎn)超其他類別，說明3D生物打印技術(shù)在材料學(xué)方面的發(fā)展趨勢表現(xiàn)突出。

圖3 1990—2015年全球3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域論文Web of Science類別TOP10Fig.3 TOP10 Web of Science Categories in the Field of Global 3D Bioprinting Technology from 1990 to 2015

圖4 2015—2020年全球3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域論文Web of Science類別TOP10Fig.4 TOP10 Web of Science Categories in the Field of Global 3D Bioprinting Technology from 2015 to 2020

2.2 作者貢獻(xiàn)

發(fā)文量在一定程度上反映作者的科研情況，因此對(duì)論文的作者進(jìn)行計(jì)量分析便可以得到該領(lǐng)域的核心作者和高產(chǎn)作者［11］。其中圖中每個(gè)圓形節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)作者，節(jié)點(diǎn)越大表明該作者在該研究領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的頻次越高，與其他作者之間緊密聯(lián)系。目前，在3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域全球發(fā)文量最高的是Hutmacher DietmarW，在85篇論文的網(wǎng)絡(luò)合作圖中，中心作者Hutmacher Dietmar W與周圍的其他作者有很強(qiáng)的合作關(guān)系，包括Bas Onur（16篇），Dalton Puul D（13篇），Wunner Felix M（12篇），De-juan-pardo Elena M（11篇）等，且這些作者基本上均處于網(wǎng)絡(luò)中心，表明其與周圍作者之間合作關(guān)系密切。此外，隨著時(shí)間的推移，作者的合作網(wǎng)絡(luò)逐漸加強(qiáng)。從圖5可以看到，2016年之前，作者的合作網(wǎng)絡(luò)較為簡單；而2016年之后，作者的合作網(wǎng)絡(luò)逐漸加強(qiáng)，不管是Hutmacher Dietmar W與其他作者之間，還是其他作者相互之間的合作關(guān)系均大大增強(qiáng)。Hutmacher Dietmar W的研究領(lǐng)域主要涉及材料科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、高分子科學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)等。例如，2002年Hutmacher DietmarW發(fā)表在生物材料期刊上的論文，利用熔融沉積技術(shù)構(gòu)建了PCL支架，并將纖維原細(xì)胞種植在支架表面，進(jìn)而用于組織工程，該論文被引次數(shù)已超過1000次，為3D生物打印支架和技術(shù)的發(fā)展奠基了基礎(chǔ)［12］。

圖5 Hutmacher Dietmar W與其合作者關(guān)系Fig.5 Relationship between Hutmacher Dietmar W and Partners

論文引用情況不僅能夠反映作者對(duì)該領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，同時(shí)也是能夠體現(xiàn)出該領(lǐng)域的發(fā)展方向和熱點(diǎn)。本文對(duì)論文總引用頻次排名前十的論文進(jìn)行了分析整理，其通訊作者、所屬單位和擅長領(lǐng)域如表2所示。論文引用頻次較高的學(xué)者主要來源于美國知名高校，如哈佛大學(xué)、加州理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校等，此外還包括德國MaxPlanck研究所，南京航空航天大學(xué)、以及澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)和墨爾本大學(xué)等機(jī)構(gòu)。這些學(xué)者的擅長領(lǐng)域主要涉及影像學(xué)、圖像分析、組織工程、材料加工和制造、有機(jī)化學(xué)等，均為3D生物打印涉及的關(guān)鍵技術(shù)和方向。引用頻次較高的論文涉及生物化學(xué)與分子生物學(xué)、化學(xué)、生物技術(shù)與應(yīng)用微生物學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科類別，多學(xué)科的共同發(fā)展也促進(jìn)了3D生物打印技術(shù)的進(jìn)步。

表2 總引用頻次TOP10論文的學(xué)者及其相關(guān)信息1）Tab.2 Scholars and Related Information of TOP10 Paperswith Total Citation Frequency1）

2.3 全球合作

通過對(duì)3D生物打印技術(shù)的期刊發(fā)文進(jìn)行國家、研究機(jī)構(gòu)和作者分布的統(tǒng)計(jì)分析，可以從空間上解釋3D生物打印技術(shù)研究領(lǐng)域的活躍國家和地區(qū)，并闡明3D生物打印技術(shù)研究各子領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)者及掌握最前沿科學(xué)的研究機(jī)構(gòu)。經(jīng)檢索所得15736篇文獻(xiàn)來源于全球118不同國家，按發(fā)文總量整理如表3所示。從表中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，美國、中國、德國的文獻(xiàn)量占總文獻(xiàn)近一半以上，是3D生物打印技術(shù)研究最為活躍的國家；另外，英國、韓國、意大利、澳大利亞、加拿大等國家在3D生物打印研究領(lǐng)域也占據(jù)重要的地位。但是值得注意的是，我國論文數(shù)量總量雖然排名第二，但是論文被引率偏低。美國4630篇論文共被引185894次，篇均被引40.15次，而中國2913篇論文共被引61269次，篇均被引21.03次，僅略高于日本。

表3 3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域全球發(fā)文量最多的TOP10國家Tab.3 Top 10 Countries/Regions with the Most Publications in the Field of 3D Bioprinting Technology

圖6 全球發(fā)文量前50的國家合作關(guān)系Fig.6 The Cooperation Relationship Among the Top 50 Countries in the World

從前50個(gè)國家的合作關(guān)系圖中可以看到，美國處于合作網(wǎng)絡(luò)的中心，與其他49個(gè)國家均有合作，且發(fā)文量也處于第一。美國自2012年設(shè)立3D打印創(chuàng)新中心以來，與其他國家合作開展了大量的研究工作，并且基于眾多科研實(shí)力強(qiáng)勁的高校和頂尖人才，美國在全球3D生物打印研究合作網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要地位［13］。中國與其他45個(gè)國家具有合作關(guān)系，發(fā)文量也僅次于美國。我國還需進(jìn)一步深化國際合作，加強(qiáng)3D生物打印相關(guān)基礎(chǔ)研究，提高我國在全球3D生物打印研究合作中的地位。此外，英國和德國與其他的合作關(guān)系也較為廣泛，合作國家分別為49個(gè)和47個(gè)。

衡量國家研究實(shí)力的重要指標(biāo)是從事該領(lǐng)域前沿研究的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和權(quán)威學(xué)者的數(shù)量。根據(jù)文獻(xiàn)量選取了全球3D生物打印研究領(lǐng)域排名前20位的研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析（表4）。表中統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)文量前20的機(jī)構(gòu)在3D生物打印領(lǐng)域的發(fā)文量均高于100篇，20個(gè)機(jī)構(gòu)發(fā)文量占全球總發(fā)文量的25%，表現(xiàn)出較為強(qiáng)的領(lǐng)導(dǎo)地位。其中加州大學(xué)系統(tǒng)、倫敦大學(xué)、哈佛大學(xué)等高校發(fā)文量占據(jù)前三甲，中國上海交通大學(xué)、美國得克薩斯大學(xué)系統(tǒng)和中國科學(xué)院分列四到六名。如圖7，機(jī)構(gòu)之間的合作中心主要有中國科學(xué)院、哈佛大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、麻省理工學(xué)院、哈佛醫(yī)學(xué)院、倫敦大學(xué)學(xué)院、昆士蘭科技大學(xué)、荷蘭特文特大學(xué)等，其中中國研究機(jī)構(gòu)之間的內(nèi)部合作較多，外部合作仍有待拓寬。

圖7 全球發(fā)文量前100的研究機(jī)構(gòu)合作關(guān)系Fig.7 The Cooperation Relationship Diagram of the Top 100 Research Institutions in the World

表4 全球發(fā)文量前20位研究機(jī)構(gòu)Tab.4 Top 20 Research Institutions in the World

2.4 關(guān)鍵詞分析

陳超美［14］等認(rèn)為，從文獻(xiàn)中提取出現(xiàn)頻率突然增加的專業(yè)術(shù)語可以檢測一個(gè)研究興趣的增長。因此，引用爆發(fā)性是研究一個(gè)領(lǐng)域最活躍部分的一項(xiàng)指標(biāo)，可以檢測持續(xù)多年的引用爆發(fā)事件，也就是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題［15］。高頻關(guān)鍵詞在一定程度上能反映文章的主題，因此本文利用DDA分析軟件對(duì)Web of Science核心數(shù)據(jù)可檢索到的15736篇文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為了避免關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)中存在同義的關(guān)鍵詞以及檢索詞等問題而影響研究熱點(diǎn)的分析結(jié)果，本文采取了以下處理方式：首先刪除無異于研究的泛義詞，如“Differentiation”“Fabrication”等；其次刪除作為檢索詞出現(xiàn)的關(guān)鍵詞，如“3D Printing”“3D Bioprinting”等；然后合并同義的關(guān)鍵詞，最后選取詞頻大于100次的關(guān)鍵詞作圖（圖8）。

從圖8全球3D生物打印技術(shù)的研究熱點(diǎn)中可以看出，目前3D打印技術(shù)的關(guān)鍵詞可以分為四類：第一類是關(guān)于組織工程的應(yīng)用，如支架、骨等；第二類是3D生物打印成品的性能研究，如機(jī)械性能、微孔結(jié)構(gòu)等；第三類是3D生物打印技術(shù)，如立體光刻、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等；第四類是3D生物打印材料研究，如水凝膠、納米材料等。其中，關(guān)于組織工程的應(yīng)用研究占據(jù)主要地位。

圖8 全球生物打印技術(shù)的研究熱點(diǎn)時(shí)間發(fā)展圖Fig.8 Time Development Chart of Research Hotspots in Global Bioprinting Technology

從表5中可以看到，出現(xiàn)頻次最高的關(guān)鍵詞是“機(jī)械性能”，然后是“支架”“骨”“組織”這3個(gè)關(guān)鍵詞，這四個(gè)關(guān)鍵詞數(shù)量頻次大于800，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他關(guān)鍵詞，這說明3D生物打印已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于組織工程中，尤其是在機(jī)械性能要求高的骨科領(lǐng)域。同時(shí)，從其余的高頻關(guān)鍵詞可以發(fā)現(xiàn)，3D生物打印技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中模型的構(gòu)建、細(xì)胞打印、打印所需的生物材料等。

表5 全球3D生物打印技術(shù)的高頻關(guān)鍵詞（前20）Tab.5 High-Frequency Keywords of Global 3D Bioprinting Technology（Top 20）

從研究熱點(diǎn)發(fā)展演化來看，2013年之前該領(lǐng)域的研究主要集中在立體光刻技術(shù)和快速成型方面，2013—2017年期間組織工程和支架等關(guān)鍵詞研究占據(jù)主流，2017年之后出現(xiàn)了水凝膠、機(jī)械性能等材料學(xué)研究熱點(diǎn)。目前，生物材料、打印設(shè)備以及模型構(gòu)建仍是限制3D生物打印技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的主要因素［16］，在這些方面的研究仍需不斷加強(qiáng)。

與全球研究熱點(diǎn)略有不同的是，中國在3D生物打印技術(shù)的高頻關(guān)鍵詞主要涉及支架、機(jī)械性能、體外和設(shè)計(jì)等（表6），全球研究熱點(diǎn)的骨和組織工程也緊隨其后，但是在立體光刻方面仍有缺失。如圖9所示，中國在3D生物打印技術(shù)的研究熱點(diǎn)與國際整體情況相似，在支架、骨等組織工程方面，在機(jī)械性能、微孔結(jié)構(gòu)等性能研究方面，在水凝膠、納米材料等生物打印材料方面的研究較為廣泛，但是在3D生物打印技術(shù)，如立體光刻、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、打印模型等方面的研究較少，仍需不斷拓展。

表6 中國3D生物打印技術(shù)的高頻關(guān)鍵詞（前20）Tab.6 High-Frequency Keywords of China's 3D Bioprinting Technology（Top 20）

圖9 中國3D生物打印技術(shù)的研究熱點(diǎn)圖Fig.9 Research Hotspot Map of China's 3D Bioprinting Technology

3 結(jié)論與討論

3D生物打印技術(shù)研究態(tài)勢分析能夠準(zhǔn)確洞察3D生物打印行業(yè)發(fā)展趨勢、全面認(rèn)識(shí)全球和我國3D生物打印發(fā)展歷程，對(duì)于深度理解我國3D生物打印技術(shù)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于指導(dǎo)我國3D生物打印技術(shù)行業(yè)高質(zhì)量和高水平發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。本文以Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，對(duì)全球3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)文量進(jìn)行收集整理，在研究該領(lǐng)域技術(shù)整體發(fā)展態(tài)勢的基礎(chǔ)上，利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法可視化分析3D生物打印技術(shù)發(fā)展態(tài)勢和研究熱點(diǎn)。綜上分析，3D生物打印技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展階段，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用隨著技術(shù)的發(fā)展越來越廣泛。其中支架已經(jīng)成為3D生物打印技術(shù)的重要研究熱點(diǎn)之一，開發(fā)出生物相容性好、能促進(jìn)細(xì)胞黏附和生長，以及用于藥物可控釋放的支架成為新的研究高地。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國對(duì)3D生物打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展支持力度不斷增大，3D生物打印技術(shù)成為我國重點(diǎn)支持和發(fā)展的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一。2015年國務(wù)院印發(fā)的《中國制造2025》中提出，推動(dòng)我國3D打印等領(lǐng)域取得新突破，實(shí)現(xiàn)我國生物3D打印等新技術(shù)的突破和應(yīng)用。2017年國家又出臺(tái)了《增材制造（3D打?。┊a(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017—2020年）》《增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力三年行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）》等多項(xiàng)對(duì)3D打印的支持性政策。在政策的鼓勵(lì)和引導(dǎo)下，我國3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展，3D生物打印技術(shù)整體研究處于國際先進(jìn)水平。但與美國等先進(jìn)國家相比，我國的3D生物打印技術(shù)研究水平還有待進(jìn)一步提升，主要體現(xiàn)在文獻(xiàn)被引頻次較低、發(fā)表高引用頻次論文的作者和機(jī)構(gòu)較少、國際合作程度有待提升，說明我國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究影響力不足，缺乏重大原創(chuàng)性與前瞻性的學(xué)術(shù)成果和頂尖科研團(tuán)隊(duì)。因此，我國應(yīng)持續(xù)加大研發(fā)投入，鼓勵(lì)開展重大基礎(chǔ)和前沿科學(xué)研究，深化國際交流合作，培育和引進(jìn)一批國際頂尖人才和團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)我國3D生物打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

致謝 在論文研究撰寫過程中，上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院劉媛媛教授對(duì)文稿提出了寶貴的意見和建議，特此致謝。

數(shù)據(jù)可用性聲明

支撐本研究的科學(xué)數(shù)據(jù)已在中國科學(xué)院科學(xué)數(shù)據(jù)銀行（Science Data Bank）ScienceDB平臺(tái)公開發(fā)布，訪問地址為 http：//www.doi.org/10.11922/sciencedb.j00053.00005。