PCR實驗室平面布局、通風空調系統(tǒng)設計要點

一、PCR實驗室平面布局設計要點分析
（一）平面功能分區(qū)要點分析
根據《臨床基因擴增檢驗實驗室基本設置標準》1.1條的要求，PCR實驗室一般由試劑儲備區(qū)、標本制備區(qū)、擴增區(qū)、擴增分析區(qū)4個區(qū)域組成。
PCR實驗室區(qū)域的設置并不是一成不變的，以下幾種情況需要說明：
1、如果樣本在擴增之前需要粉碎處理，則需要增加一個區(qū)域用于樣品的粉碎；
2、如果采用實時熒光PCR法，則擴增區(qū)和分析區(qū)可以合并為一個區(qū)；
3、如果采用全自動化PCR分析儀，則標本制備區(qū)、擴增區(qū)和分析區(qū)可以合并為一個區(qū)。
以4個區(qū)域的實驗室設置進行設計要點分析，如下圖所示：

（二）實驗室功能與設備設計要點分析
1、試劑儲備區(qū)
該區(qū)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(qū)域的試劑和材料不應經過其他區(qū)域，試劑和原材料應在本區(qū)內儲存和制備。本區(qū)域的氣壓應相對外界保持正壓。該區(qū)域的設備主要是冰箱、天平、混勻器、低速離心機、加樣器、可移動紫外燈等。由于該區(qū)域有多種試劑，所以“安全”應是平面設計首要考慮因素，平面設計時應保持通風流暢、逃生暢通。首先，實驗臺布置在房間的兩側，中間的過道全部通向走廊便于疏散。同時根據人體工程學的標準，實驗臺與實驗臺通道設計為1500mm，中間的通道可滿足兩邊坐人中間過人的要求。
2、標本制備區(qū)
該區(qū)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(qū)并儲存在本區(qū)內，不得經過其他區(qū)域。對于氣流壓力的控制，由于在本區(qū)內加樣操作可能產生氣溶膠，為避免氣溶膠擴散出去對外界造成污染，本區(qū)應對外界保持負壓;同時本區(qū)相對于擴增反應混合物配制和擴增區(qū)以及擴增產物分析區(qū)為正壓，以避免從鄰近區(qū)進入本區(qū)的氣溶膠污染。
該區(qū)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、混勻器和可移動紫外燈等。其中需要注意的是，生物安全柜盡量選用B2型，這種生物安全柜所有的吸入氣流和垂直氣流都經過高效過濾器過濾后排到室外，不再進入生物安全柜循環(huán)或者返回該區(qū)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”，出現假陽性結果。
3、擴增區(qū)
該區(qū)域的功能是DNA擴增和擴增片段的測定。此外，反應混合液(來自試劑貯存和制備區(qū))制備成反應混合液和已制備的DNA模板(來自標本制備區(qū))的加入等也可在本區(qū)內進行。對于氣流壓力的控制，相對于鄰近區(qū)域為負壓，以避免氣溶膠從本區(qū)漏出。為避免氣溶膠所致的污染，應盡量減少在本區(qū)內不必要的走動。個別操作如加樣等應在超凈臺內進行。
該區(qū)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，并配備一個穩(wěn)壓電源或UPS，以防止由于電壓的波動對擴增測定的影響。
4、分析區(qū)
該區(qū)域的功能是擴增產物的分析。該區(qū)域可能會用到某些可致基因突變的有毒物質，應特別注意實驗人員的安全防護。對于氣流壓力的控制，該區(qū)域是PCR實驗的后一步，壓力低，相對于鄰近區(qū)域為負壓，以避免氣溶膠從本區(qū)漏出。為避免氣溶膠所致的污染，應盡量減少在本區(qū)內的不必要的走動。
該區(qū)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。
（三）人流與物料流線設計要點分析
進入實驗室區(qū)域工作人員應該按照以下路徑：
走道→緩沖間→實驗區(qū)
工作人員退出實驗室的路徑為：
實驗區(qū)→緩沖間→走道
進入各個區(qū)域必須嚴格按照單一方向進行，不同的工作區(qū)域使用不同的工作服(例如不同的顏色)。工作人員離開時，不得將工作服帶出。這種人員的單向流動可以降低因人員的流動帶來的交叉污染風險。所有的物品進入實驗區(qū)必須經過雙扉互鎖傳遞窗，利用傳遞窗消毒后才可進入，實驗室內所有物品也必須經過傳遞窗才可以傳遞到實驗室以外的清潔公共區(qū)。這種物品有組織的單向流動可以降低物品的差錯和混淆的風險。
二、PCR實驗室通風空調系統(tǒng)設計要點分析
（一）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(qū)域的需求(如2～8℃，≤35%，C級/D級)，PCR實驗室一般來說對溫濕度沒有嚴格要求，考慮實驗人員的人體舒適性，環(huán)境溫濕度的設計參數控制在以下所示的范圍內：
溫度：冬季18～24℃，夏季25～28℃。
濕度：冬季無要求，夏季40%～70%。
（二）空氣過濾及氣流組織分析
由于PCR實驗室在加樣操作過程中可能產生氣溶膠，為避免氣溶膠擴散出去對外界造成污染，同時為了避免各房間之間通過風管系統(tǒng)交叉污染，實驗室建議采用全新風系統(tǒng)。新風經熱濕處理及三級(初效+中效+高效/亞高效)過濾后送入室內，各房間排風口單獨設置高效或亞高效過濾器。
當房間無工藝設備排風時，可通過換氣次數(工藝操作間換氣次數為12～15次/h，緩沖間6～8次/h)計算得出房間送風量，然后根據縫隙法得出房間排風量；當房間有工藝設備(如生物安全柜)排風時，比較設備排風量與滿足換氣次數所需送風量，取兩者之間的較大值(一般情況下，設備排風量較大)，然后可根據縫隙法得出房間送風量。根據以上計算風量為設計依據，由此可對新風機組、排風機組及附屬的風管風口進行選型和計算。
氣流組織上，PCR實驗室空調系統(tǒng)通常采用上送下排式的非單向流送風方式。房間上部送風口盡量均勻布置，且與生物安全柜操作面或其他有氣溶膠操作地點的正上方保持一定距離;房間下部利用室內排風夾道上設置的排風口排風，排風口底部距地面0.1m，排風夾道需設置于室內被污染風險高的區(qū)域，排風口前面不應有障礙物遮擋。
（三）壓力需求及控制分析
根據實驗流程，PCR實驗室一般設有試劑儲存和試劑準備區(qū)、標本制備區(qū)、擴增反應混合物配制和擴增區(qū)、擴增產物分析區(qū)等4個區(qū)域，每個區(qū)域均設置有獨立的緩沖間。
根據《臨床基因擴增檢驗實驗室工作規(guī)范》，為滿足潔污分流和防止交叉感染等要求，PCR實驗室空氣流向需遵循單一方向進行，即只能從試劑儲存和試劑準備區(qū)→標本制備區(qū)→擴增反應混合物配制和擴增區(qū)→擴增產物分析區(qū)進行，PCR實驗室通風空調設計要點即在于此：通過對房間的送回(排)風量進行控制，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入或擴散。另外，PCR實驗室內通常有生物安全柜、通風柜等生產設備，這類設備排風量大且使用時間有間隔性，并不與空調系統(tǒng)運行時間一致，這就導致有這些設備的房間在設備啟停的時候很容易失壓，原本正常的壓力梯度瞬間就破壞了。這正是PCR實驗室空調系統(tǒng)設計的難點所在。
（四）典型空調原理圖分析

PCR實驗室全空氣新風系統(tǒng)控制說明：
1、溫濕度控制
夏季：調節(jié)表冷盤管動態(tài)壓差平衡調節(jié)閥的開度以控制室內溫濕度，濕度優(yōu)先。當為了調節(jié)室內濕度而造成溫度過低時，開啟加熱盤管以控制室內溫度。
冬季：調節(jié)加熱盤管動態(tài)壓差平衡電動調節(jié)閥的開度以控制室內溫度，調節(jié)加濕器的開度以控制濕度。
2、壓力及變頻控制
在空調系統(tǒng)各房間送風支管上設置壓力無關型定風量閥，無工藝設備排風房間的排風支管上設置壓力無關型定風量閥，從而恒定房間的風量以控制房間壓力；在有工藝設備排風房間的排風支管上設變風量閥，根據房間內壓差動作，以控制房間壓力。需排風的工藝設備(如生物安全柜)排風支管上設變風量閥，根據設備開啟度調節(jié)設備排風量。根據重要房間送風管上定風量閥前后壓差調節(jié)送風機變頻器，保持壓差恒定值。此恒定值須由現場實調確認，以保證所有定風量閥正常工作為準。
由以上原理圖可知，PCR實驗室壓差控制難點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(tǒng)采用的變風量閥有快速的反應能力。根據相關實驗證明，當生物安全柜變風量閥響應時間≤1s且房間排風支管變風量閥響應時間≤3s時，不會對生物安全柜內的負壓環(huán)境產生影響。同時，為了防止實驗室房間開關門的瞬間失壓導致房間壓差為零，房間各定、變風量閥應預設風量偏移限制，以避免房間失壓時引起送風量過小的情況發(fā)生。