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PCR检测实验室建设

时间:2021-03-29 02:28:12

  PCR实验室建设基本属于特种实验室建设中的一种,例如现在我国新冠病毒疫情频发,就需要各地市医疗机构进一步加强PCR实验室建设,扩展病原微生物的检验项目,提高当地卫生应急检测能力,为人民群众的身体健康保驾护航,为政绩为民生做出更好的贡献。是一项在时间内体外大量扩增特定的DNA片段的分子生物学技术。PCR实验室或称PCR扩增实验室,就是进行聚合酶链反应的实验场所。
     PCR实验室的设计

  PCR实验室的空间设计有其固定的模式,PCR实验室面积及实验用房的要求基本一致,与医院本身或检测机构的规模、日门诊量等关系不大。

  PCR是由四间相邻的实验室组成,包括试剂准备区(产品准备区)标本制备区、扩增区和产物分析区,通常每间面积在10m2左右。在使用实时荧光PCR仪、HIV病毒载量测定仪的PCR实验时,通常可仅设立三间实验室。
       PCR实验室的平面设计有严格的要求,为避免污染,流线必须不可逆,且只能是按“试剂备区→标本制备区→扩增区→产物分析区”的顺序单向序列。PCR实验室之间必须有单独的内部走廊,不能使用公共走廊,各实验室间需要有传递窗进行标本无菌传递,进入四间实验室之前都必须要过缓冲空间。各区必须相互独立,仪器设备和各种物品应严格分开,不能混用。每间实验室内须安装紫外线灯,供实验前后进行空气消毒。

  为保证实验的准确性,试剂准备区及标本制备区的风压宜呈微正压,以防外界含核酸气溶胶的空气进入,造成污染,通过控制进风风量大于排风风量达到正压效果。扩增室及产物分析室应呈微负压,以防含核酸的气溶胶扩散污染试剂与样品,通过控制排风风量大于进风风量达到负压效果。理想情况下缓冲内,可设置正压,使室内空气不流向室外,室外空气不流向室内。

PCR实验室典型平面图

PCR实验室的设计与建设技术要求
分区 设计要求 压力 温度 湿度 照度
PCR走廊 实验室分割合理,宽敞明亮,各区人流方向一目了然           微负压           20-26°C           40--60% 主实验室300LX,其它房间200-300LX
试剂准备区 各区有独立的空气对外排放装置,中央空调出风口封闭 正压 20-26°C 40-60% 主实验室300LX,其它房间200-300LX
样品制备区 所有分割连接处作到密封,间隙不能超过0.4cm 正压 20-26°C 40-60% 主实验室300LX,其它房间200-300LX
扩增区 人员流动要求在地面标有路标箭头 -10pa 20-26°C 40-60% 主实验室300LX,其它房间200-300LX
扩增产物分析室 传递窗两面要求有门 -20pa 20-26°C 40-60% 主实验室300LX,其它房间200-300LX

《临床基因扩增检验实验室基本设置标准》中规定了PCR实验室每个区所需的仪器设备一览表

房间名称 仪器设备名称
试剂准备区 高速台式离心机、超净台、天平、混匀器、冰箱、微量加样器X2
标本制备区 高速台式离心机、超净台、天平、混匀器、冰箱、水浴箱或加热模块X2、生物安全柜、移动紫外灯、微量加样器X2
扩增区 基因扩增仪、移动紫外灯、微量加样器
产物分析区 移动紫外灯、酶标仪、洗扳机、恒温箱、微量加样器X2
 

   PCR实验室的装修

  ⊙主体结构:主题为彩铜板、铝合会型材。内所有阴角、阳角均采用铜合金50内圆角铝,从而解决容易污染,积尘、不易清扫等问题。结构牢固,线条简明,美观大方,密封性好。

  ⊙标准的三区分隔和气压调节:将PCR过程分成试剂准备、标本制备和PCR扩增检测三个独立的实验区。整个区域有一个整体缓冲走廊。每个独立实验区设置有缓冲区,同时各区通过气压调节,使整个PCR实验过程中试剂和标本免受气溶胶的污染并降低扩增产物对人员和环境的污染。可打开缓冲区1,缓冲区2和PCR扩增区的排风扇往外排气,在实验区的外墙上和各扇门上都安装有风量可调的回风口,空气通过回风口向室内换气。

  ⊙消毒:在三个实验区和三个缓冲区顶部以及传送窗内部安装有紫外灯,供消毒用。在试列准备区和标本制备区还设置移动紫外线灯,对实验桌进行局部消毒

  ⊙机械连锁不锈钢传递窗:试剂和标本通过机械连锁不锈钢(不建议使用电子连锁方式)传递窗传递,保证试剂和标本在传递过程中不受污染(人物分流)。

  ⊙地面:地面建议使用PVC卷材地面或自流坪地面,整体性好。便于进行清扫,耐腐蚀。没有条件的也可采用水磨石地面,或大块的瓷砖(至少800mm*800mm)接缝需要小于2mm.

  ⊙照明:灯具要选用净化灯具,能达到便于清洗、不积尘的特点
 

   PCR实验室建设延申阅读

  基因扩增检验实验室的规范化设置

  临床基因扩增检验实验室的规范化设置详见《临床基因扩增检验实验室管理暂行办法》(卫医发[2002]10号文)附件《临床基因扩增检验实验室基本设置标准》。为避免污染,必须严格遵循《临床基因扩增检验实验室设置标准》设置临床基因扩增检验实验室。 临床基因扩增检验实验室四个隔开的工作区域中每一区域都须有专用的仪器设备。各区域都必须有明确的标记,以避免设备物品如加样器或试剂等从其各自的区域内移出从而造成不同的工作区域间设备物品发生混淆。进入各个工作区域必须严格遵循单一方向顺序,即只能从试剂贮存和准备区、标本制备区、扩增反应混合物配制和扩增区(简称扩增区)至产物分析区,避免发生交叉污染。在不同的工作区域应使用不同颜色或有明显区别标志的工作服,以便于鉴别。此外,当工作者离开工作区时,不得将各区特定的工作服带出。 清洁方法不当也是污染发生的一个主要原因,因此实验室的清洁应按试剂贮存和准备区至扩增产物分析区的方向进行。不同的实验区域应有其各自的清洁用具以防止交叉污染。

PCR实验室建设

  (一)试剂贮存和准备区

  下述操作在该区进行:贮存试剂的制备、试剂的分装和主反应混合液的制备。

  贮存试剂和用于标本制备的材料应直接运送至试剂贮存和准备区,不能经过产物分析区。在打开含有反应混合液的离心管或试管前,应将其快速离心数秒。试剂原材料必须贮存在本区内,并在本区内制备成所需的贮存试剂。当贮存试剂溶液经检查可用后,应将其分装贮存备用,避免由于经常打开反应管吸液而造成污染。

  含反应混合液的离心管或试管在冰冻前都应快速离心数秒。大多数用于扩增的试剂都应冰冻贮存。为避免因单次反应取液而频繁的冻融主贮存试剂,应分装冰冻贮存试剂溶液。贮存试剂的分装体积根据通常在实验室内一次测定所需的扩增反应数来决定。

  主反应混合液的组成成份尤其是聚合酶的适用性和稳定性通过预试验来检查,评价结果必须有书面报告。对于"热启动"技术(在第一个高温变性步骤后加入酶),聚合酶也可不包含在主反应混合液中。

  在整个本区的实验操作过程中,操作者必须戴手套,并经常更换。此外,操作中使用一次性帽子也是一个有效地防止污染的措施。 严禁用嘴吸取液体,加样器和吸头等必须经高压处理。

  工作结束后必须立即对工作区进行清洁。本工作区的实验台表面应可耐受诸如次氯酸钠的化学物质的消毒清洁作用。实验台表面的紫外照射应方便有效。由于紫外照射的距离和能量对去污染的效果非常关键,因此可使用可移动紫外灯(254nm波长),在工作完成后调至实验台上60~90cm内照射。由于扩增产物仅几百bp,对紫外线损伤不敏感,因此紫外照射扩增片段必须延长照射时间,最好是照射过夜。实验室及其设备的使用必须有日常记录。

  (二)标本制备区

  下述操作在该区进行:临床标本的保存,核酸(RNA、DNA)提取、贮存及其加入至扩增反应管和测定RNA时cDNA的合成。 要正确使用加样器。由于在加样操作中可能会发生气溶胶所致的污染,所以应避免在本区内不必要的走动。可通过在本区内设立正压条件避免从邻近区进入本区的气溶胶污染。为避免样本间的交叉污染,加入待测核酸后,必须盖好含反应混合液的反应管。对具有潜在传染危险性的材料,必须有明确的样本处理和灭活程序。 用过的加样器吸头必须放入专门的消毒(例如含次氯酸钠溶液)容器内。实验室桌椅表面每次工作后都要清洁,实验材料(原始血标本、血清标本、提取中的标本与试剂的混合液等)如出现外溅,则必须分别处理并作出记录。 对实验台适当的紫外照射(254nm波长,与工作台面近距离)适合于灭活去污染。可移动紫外线管灯可用来确保工作后对实验台面的充分照射。 样本处理对核酸扩增有很大影响,必须使用有效的核酸提取方法,可在开展临床标本检测前对提取方法进行评价。 用于RNA扩增检测样本制备好以后,应立即进行cDNA合成,因为cDNA链较RNA稳定,保存相对容易。为保证逆转录反应的需要,应在标本制备区设置一个以上的温育装置。 cDNA合成的理想温度依所使用的酶而定,倾向于使用一步法:即使用在扩增反应缓冲液条件下具有逆转录活性的热稳定的DNA聚合酶进行逆转录,其较cDNA合成后再开盖以调节缓冲液或加入聚合酶进行扩增发生污染的可能性降低。 待测RNA的cDNA拷贝须保存在标本制备区,不得在本区对样本进行PCR扩增。

  (三)扩增区

  下述工作在本区内进行:DNA或cDNA扩增。此外,已制备的DNA模板和合成的cDNA(来自样本制备区)的加入和主反应混合液(来自试剂贮存和制备区)制备成反应混合液等也可在本区内进行。在巢式PCR测定中,通常在第一轮扩增后必须打开反应管,因此巢式扩增有较高的污染危险性,第二次加样必须在本区内进行。 不能从本区再进入任何"上游"区域,可降低本区的气压以避免气溶胶从本区漏出。 为避免气溶胶所致的污染,应尽量减少在本区内的走动。如有加样则应在超净台内进行。打开预处理过的反应混合液时必须防止液体溅出,尤其是在巢式扩增步骤之间。一个简单的方法是在打开反应管前快速离心数秒。可使用体积较小的离心机,因其所占实验台面小,易于用一只手操作,适合于大多数超净台。防潮屏障如石蜡油或轻矿物油也具有防污染作用,但必须注意的是,矿物油本身也可能成为一种持续性的污染源。用过的加样器必须注意清洁消毒。 完成操作及每天工作后都必须对实验室台面进行清洁和消毒,紫外照射方法与前面区域相同。如有溶液溅出,必须处理并作出记录。

  (四)扩增产物分析区

  下述操作在本区内进行:扩增片段的测定。 核酸扩增后产物的分析方法多种多样,如膜上或微孔板上探针杂交方法(同位素标记或非同位素标记)、琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、Southern转移、核酸测序方法等。目前国内的商品试剂盒绝大部分均采用非同位素标记的微孔板上探针杂交方法,即PCR-ELISA方法,也有膜上探针杂交方法。 本区是最主要的扩增产物污染来源,因此必须注意避免通过本区的物品及工作服将扩增产物带出。在使用PCR-ELISA方法检测扩增产物时,必须使用洗板机洗板,废液必须收集至1mol/L HC1中,并且不能在实验室内倾倒,而应至远离PCR实验室的地方弃掉。用过的吸头也必须放至1mol/L HCl中浸泡后再放到垃圾袋中按程序处理,如焚烧。

  由于本区有可能会用到某些可致基因突变和有毒物质如溴化乙锭、丙烯酰胺、甲醛或同位素等,故应注意实验人员的安全防护。 本区的清洁消毒和紫外照射方法同前面区域。本区如采用负压条件或减压情况下(如安装排风扇)可减少扩增产物从本区扩散至前面区域的可能性。

  了解了PCR实验室的工艺标准后,我们就能大致确认PCR实验室的布局、所需的设备、整体的设计装修、PCR实验室的通风系统、PCR实验室建设注意事项等。

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