PCR實(shí)驗室平面布局、通風(fēng)空調系統設計要點(diǎn)分析！
PCR是聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction)的簡(jiǎn)稱(chēng)。又稱(chēng)為特異性DNA序列體外引物定向酶促擴增法，這種方法可以把極微量的靶DNA特異地擴增上百萬(wàn)倍，是基因擴增技術(shù)的一次重大革新。 PCR技術(shù)憑借特異性強、靈敏度高、對檢測樣品要求低、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于各種臨床診斷。目前國內二級以上的醫院都在開(kāi)展PCR技術(shù)的各種臨床應用，PCR實(shí)驗室是承載PCR技術(shù)應用的設施，實(shí)驗室的合理設計才能確保檢測結果的可靠性，因此，PCR實(shí)驗室的設計和建設越來(lái)越受到建設單位的重視。 從PCR實(shí)驗室平面布局、通風(fēng)空調系統兩個(gè)方面進(jìn)行設計要點(diǎn)分析，供設計同行和建設單位的相關(guān)人員參考。 PCR實(shí)驗室平面布局設計要點(diǎn)分析 1、平面功能分區要點(diǎn)分析 根據《臨床基因擴增檢驗實(shí)驗室基本設置標準》1.1條的要求，PCR實(shí)驗室一般由試劑儲備區、標本制備區、擴增區、擴增分析區4個(gè)區域組成。 PCR實(shí)驗室區域的設置并不是一成不變的，以下幾種情況需要說(shuō)明： ①如果樣本在擴增之前需要粉碎處理，則需要增加一個(gè)區域用于樣品的粉碎; ②如果采用實(shí)時(shí)熒光PCR法，則擴增區和分析區可以合并為一個(gè)區; ③如果采用全自動(dòng)化PCR分析儀，則標本制備區、擴增區和分析區可以合并為一個(gè)區。 以4個(gè)區域的實(shí)驗室設置進(jìn)行設計要點(diǎn)分析，如圖1所示。 ▲圖1 典型PCR 實(shí)驗室工藝平面圖 2、實(shí)驗室功能與設備設計要點(diǎn)分析 (1)試劑儲備區 該區域主要完成試劑和主反應混合液的儲存、配制和封裝工作。所有運送到該區域的試劑和材料不應經(jīng)過(guò)其他區域，試劑和原材料應在本區內儲存和制備。本區域的氣壓應相對外界保持正壓。該區域的設備主要是冰箱、天平、混勻器、低速離心機、加樣器、可移動(dòng)紫外燈等。由于該區域有多種試劑，所以“安全”應是平面設計首要考慮因素，平面設計時(shí)應保持通風(fēng)流暢、逃生暢通。首先，實(shí)驗臺布置在房間的兩側，中間的過(guò)道全部通向走廊便于疏散。同時(shí)根據國際人體工程學(xué)的標準，實(shí)驗臺與實(shí)驗臺通道設計為1500mm，中間的通道可滿(mǎn)足兩邊坐人中間過(guò)人的要求。 (2)標本制備區 該區域的功能是樣本的保存、核酸提取和貯存、樣本加入擴增反應管和測定DNA的合成。樣本應直接運送至該區并儲存在本區內，不得經(jīng)過(guò)其他區域。對于氣流壓力的控制，由于在本區內加樣操作可能產(chǎn)生氣溶膠，為避免氣溶膠擴散出去對外界造成污染，本區應對外界保持負壓;同時(shí)本區相對于擴增反應混合物配制和擴增區以及擴增產(chǎn)物分析區為正壓，以避免從鄰近區進(jìn)入本區的氣溶膠污染。 該區域的設備主要是生物安全柜、加樣器、臺式高速離心機、臺式低速離心機、水浴鍋、冰箱、混勻器和可移動(dòng)紫外燈等。其中需要注意的是，生物安全柜最好選用B2型，這種生物安全柜所有的吸入氣流和垂直氣流都經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器過(guò)濾后排到室外，不再進(jìn)入生物安全柜循環(huán)或者返回該區域，這種生物安全柜可避免提取核酸在柜內反復循環(huán)，造成標本之間交叉“污染”，出現假陽(yáng)性結果。 (3)擴增區 該區域的功能是DNA擴增和擴增片段的測定。此外，反應混合液(來(lái)自試劑貯存和制備區)制備成反應混合液和已制備的DNA模板(來(lái)自標本制備區)的加入等也可在本區內進(jìn)行。對于氣流壓力的控制，相對于鄰近區域為負壓，以避免氣溶膠從本區漏出。為避免氣溶膠所致的污染，應盡量減少在本區內不必要的走動(dòng)。個(gè)別操作如加樣等應在超凈臺內進(jìn)行。 該區域的設備主要是核酸擴增熱循環(huán)儀、加樣器、超凈臺等。其中熱循環(huán)儀的電源應專(zhuān)用，并配備一個(gè)穩壓電源或UPS，以防止由于電壓的波動(dòng)對擴增測定的影響。 (4)分析區 該區域的功能是擴增產(chǎn)物的分析。該區域可能會(huì )用到某些可致基因突變的有毒物質(zhì)，應特別注意實(shí)驗人員的安全防護。對于氣流壓力的控制，該區域是PCR實(shí)驗的最后一步，壓力應為最低，相對于鄰近區域為負壓，以避免氣溶膠從本區漏出。為避免氣溶膠所致的污染，應盡量減少在本區內的不必要的走動(dòng)。 該區域的設備主要是加樣器、電泳儀(槽)、電轉印儀、雜交爐或雜交箱、水浴箱、DNA測序儀、酶標儀和洗板機等 3、人流與物料流線(xiàn)設計要點(diǎn)分析 進(jìn)入實(shí)驗室區域工作人員應該按照以下路徑： 走道→緩沖間→實(shí)驗區 工作人員退出實(shí)驗室的路徑為： 實(shí)驗區→緩沖間→走道 進(jìn)入各個(gè)區域必須嚴格按照單一方向進(jìn)行，不同的工作區域使用不同的工作服(例如不同的顏色)。工作人員離開(kāi)時(shí)，不得將工作服帶出。這種人員的單向流動(dòng)可以降低因人員的流動(dòng)帶來(lái)的交叉污染風(fēng)險。 所有的物品進(jìn)入實(shí)驗區必須經(jīng)過(guò)雙扉互鎖傳遞窗，利用傳遞窗消毒后才可進(jìn)入，實(shí)驗室內所有物品也必須經(jīng)過(guò)傳遞窗才可以傳遞到實(shí)驗室以外的清潔公共區。這種物品有組織的單向流動(dòng)可以降低物品的差錯和混淆的風(fēng)險。 PCR實(shí)驗室通風(fēng)空調系統設計要點(diǎn)分析 1、溫濕度需求分析 不同于血液制品、疫苗等有低溫低濕潔凈區域的需求(如2~8℃，≤35%，C級/D級)，PCR實(shí)驗室一般來(lái)說(shuō)對溫濕度沒(méi)有嚴格要求，考慮實(shí)驗人員的人體舒適性，環(huán)境溫濕度的設計參數控制在表1所示的范圍內。 表1 空氣調節環(huán)境溫濕度設計參數 參數 冬季 夏季 溫度/℃ 18 ~ 24 25~ 28 濕度/% - 40 ~ 70 2、空氣過(guò)濾及氣流組織分析 由于PCR實(shí)驗室在加樣操作過(guò)程中可能產(chǎn)生氣溶膠，為避免氣溶膠擴散出去對外界造成污染，同時(shí)為了避免各房間之間通過(guò)風(fēng)管系統交叉污染，實(shí)驗室建議采用全新風(fēng)系統。新風(fēng)經(jīng)熱濕處理及三級(初效+中效+高效/亞高效)過(guò)濾后送入室內;各房間排風(fēng)口單獨設置高效或亞高效過(guò)濾器。 風(fēng)量計算上，通常我們采用縫隙法來(lái)計算房間維持一定壓差時(shí)所需要的排風(fēng)量或送風(fēng)量?？p隙法計算公式如下： 式中 ΔP——壓差，Pa ； ρ ——空氣密度，取1.2 kg/m3； V ——風(fēng)量，m3/h ； A ——根據縫隙寬度計算的泄漏面積，m2 ； μ ——常數，取0.72。 由風(fēng)量守恒可知： V送風(fēng) -ΔV = V排風(fēng) 式中 ΔV —— 壓差滲透風(fēng)量， 當房間維持正壓時(shí)，該值為正值， 當房間維持負壓時(shí)，該值為負值。 當房間無(wú)工藝設備排風(fēng)時(shí)，可通過(guò)換氣次數(工藝操作間換氣次數為12~15次/h，緩沖間6~8次/h)計算得出房間送風(fēng)量，然后根據縫隙法得出房間排風(fēng)量;當房間有工藝設備(如生物安全柜)排風(fēng)時(shí)，比較設備排風(fēng)量與滿(mǎn)足換氣次數所需送風(fēng)量，取兩者之間的較大值(一般情況下，設備排風(fēng)量較大)，然后可根據縫隙法得出房間送風(fēng)量。根據以上計算風(fēng)量為設計依據，由此可對新風(fēng)機組、排風(fēng)機組及附屬的風(fēng)管風(fēng)口進(jìn)行選型和計算。 氣流組織上，PCR實(shí)驗室空調系統通常采用上送下排式的非單向流送風(fēng)方式。房間上部送風(fēng)口盡量均勻布置，且與生物安全柜操作面或其他有氣溶膠操作地點(diǎn)的正上方保持一定距離;房間下部利用室內排風(fēng)夾道上設置的排風(fēng)口排風(fēng)，排風(fēng)口底部距地面0.1m，排風(fēng)夾道需設置于室內被污染風(fēng)險最高的區域，排風(fēng)口前面不應有障礙物遮擋。 3、壓力需求及控制分析 根據實(shí)驗流程，PCR實(shí)驗室一般設有試劑儲存和試劑準備區、標本制備區、擴增反應混合物配制和擴增區、擴增產(chǎn)物分析區等4個(gè)區域，每個(gè)區域均設置有獨立的緩沖間。 根據《臨床基因擴增檢驗實(shí)驗室工作規范》，為滿(mǎn)足潔污分流和防止交叉感染等要求，PCR實(shí)驗室空氣流向需遵循單一方向進(jìn)行，即只能從試劑儲存和試劑準備區→標本制備區→擴增反應混合物配制和擴增區→擴增產(chǎn)物分析區進(jìn)行，PCR實(shí)驗室通風(fēng)空調設計要點(diǎn)即在于此：通過(guò)對房間的送回(排)風(fēng)量進(jìn)行控制，使房間按照工藝設計要求建立相應的壓力梯度，從而防止污染物的進(jìn)入或擴散。 另外，PCR實(shí)驗室內通常有生物安全柜、通風(fēng)柜等生產(chǎn)設備，這類(lèi)設備排風(fēng)量大且使用時(shí)間有間隔性，并不與空調系統運行時(shí)間一致，這就導致有這些設備的房間在設備啟停的時(shí)候很容易失壓，原本正常的壓力梯度瞬間就破壞了。這正是PCR實(shí)驗室空調系統設計的難點(diǎn)所在。 4、典型空調原理圖分析 基于文中PCR實(shí)驗室的工藝布局，設計出該類(lèi)實(shí)驗室的典型原理圖，如圖2所示。 ▲圖2 典型PCR實(shí)驗室全空氣新風(fēng)系統控制原理圖 PCR實(shí)驗室全空氣新風(fēng)系統控制說(shuō)明： (1)溫濕度控制 夏季：調節表冷盤(pán)管動(dòng)態(tài)壓差平衡調節閥的開(kāi)度以控制室內溫濕度，濕度優(yōu)先;當為了調節室內濕度而造成溫度過(guò)低時(shí)，開(kāi)啟加熱盤(pán)管以控制室內溫度。 冬季：調節加熱盤(pán)管動(dòng)態(tài)壓差平衡電動(dòng)調節閥的開(kāi)度以控制室內溫度，調節加濕器的開(kāi)度以控制濕度。 (2)壓力及變頻控制 在空調系統各房間送風(fēng)支管上設置壓力無(wú)關(guān)型定風(fēng)量閥，無(wú)工藝設備排風(fēng)房間的排風(fēng)支管上設置壓力無(wú)關(guān)型定風(fēng)量閥，從而恒定房間的風(fēng)量以控制房間壓力;在有工藝設備排風(fēng)房間的排風(fēng)支管上設變風(fēng)量閥，根據房間內壓差動(dòng)作，以控制房間壓力。需排風(fēng)的工藝設備(如生物安全柜)排風(fēng)支管上設變風(fēng)量閥，根據設備開(kāi)啟度調節設備排風(fēng)量。 根據重要房間送風(fēng)管上定風(fēng)量閥前后壓差調節送風(fēng)機變頻器，保持壓差恒定值。此恒定值須由現場(chǎng)實(shí)調確認，以保證所有定風(fēng)量閥正常工作為準。 由以上原理圖可知，PCR實(shí)驗室壓差控制難點(diǎn)在于有生物安全柜房間的壓差控制以及維持生物安全柜負壓環(huán)境以保證設備正常運行使用，這就要求系統采用的變風(fēng)量閥有快速的反應能力。根據相關(guān)實(shí)驗證明，當生物安全柜變風(fēng)量閥響應時(shí)間≤1s且房間排風(fēng)支管變風(fēng)量閥響應時(shí)間≤3s時(shí)，不會(huì )對生物安全柜內的負壓環(huán)境產(chǎn)生影響。同時(shí)，為了防止實(shí)驗室房間開(kāi)關(guān)門(mén)的瞬間失壓導致房間壓差為零，房間各定、變風(fēng)量閥應預設風(fēng)量偏移限制，以避免房間失壓時(shí)引起送風(fēng)量過(guò)小的情況發(fā)生。 結束語(yǔ) 從PCR實(shí)驗室平面功能分區、試驗室設備、人物流線(xiàn)、溫濕度、氣流組織、壓力控制以及典型空調原理圖進(jìn)行了設計要點(diǎn)分析，提出了PCR實(shí)驗室按照四個(gè)區域設計為宜，實(shí)驗室設備的布置不僅考慮實(shí)用，同時(shí)要兼顧疏散，人物流要單向流動(dòng)，溫濕度滿(mǎn)足人員舒適度即可，氣流組織和壓力控制保證氣流單向流動(dòng)防止氣溶膠污染，同時(shí)在房間內設定、變風(fēng)量閥應對生物安全柜開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)房間的壓差擾動(dòng)，供PCR實(shí)驗室的建設單位和設計同行的相關(guān)人員參考。
