臨床基因診斷實驗室的優化設計

陳 科 王義輝 鄭 江 衛 國 唐 偉

臨床基因診斷實驗室的優化設計

陳 科① 王義輝① 鄭 江① 衛 國① 唐 偉①

目的：對臨床基因診斷實驗室進行優化設計，保障基因擴增檢驗質量和生物安全，為今后相關實驗室的設計改造積累方法和經驗。方法：合理改造臨床基因診斷實驗室的結構，優化設計各實驗操作區抽風系統，設置固定各室人員及室間的傳遞窗。結果：臨床基因診斷實驗室的優化設計，提高了各實驗步驟中樣品、模板及試劑等檢測結果的準確性，減少了待檢標本中傳染性病原微生物可能對人員健康和環境產生的危害和污染，保障人員、環境的生物安全。結論：實驗室布局合理、使用方便及系統配置完善，可保證基因診斷結果的準確性和安全性。

臨床基因診斷；準確性；優化設計；緩沖區；結構設計

[First-author’s address]The Equipment Division of Southwest Hospital, Third Military Medical University, Chongqing, 400038,China.

聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction，PCR)是20世紀80年代中期發展起來的體外核酸擴增技術，該技術能夠在短時間內將目的基因或基因片段擴增數十萬至數百萬倍。1996年由美國Applied Biosystems公司推出熒光定量PCR(FQ-PCR)技術，實現了從定性到定量的飛躍，且具有靈敏度和特異性高，能實現多重反應，自動化程度高，實時和準確等特點，該技術在醫學臨床檢驗及臨床醫學研究方面有著重要的意義[1-3]。但在各實驗步驟中其樣品、模板及試劑等易受氣溶膠污染而影響檢測結果的準確性，待檢標本中的傳染性病原微生物可能對人員健康和環境產生危害和污染，因此必須建設實用、規范的臨床基因診斷實驗室以保障檢測結果的準確性及人員、環境的生物安全[4]。本研究從實驗室的平面布局、通風氣流控制系統設計、污染預防及生物安全保障等方面的特點進行探討和優化設計。

1 臨床基因診斷實驗室的布局

臨床基因診斷實驗室必須保證基因擴增檢驗質量和保障生物安全，在布局、設置、使用及管理等方面均需符合國家關于“臨床基因診斷實驗室管理暫行辦法”、“臨床基因診斷實驗室工作規范”、“臨床基因診斷實驗室基本設置標準”及“微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則”等臨床基因診斷實驗室的設置要求[5]。該實驗室設計的核心是避免污染，應具備簡潔的外觀、合理的結構布局、標準的風向設置以及嚴密的防護措施等。設計包括試劑準備區、標本制備區和PCR擴增區3個獨立實驗區，其各自均設置緩沖區和3個系統(單向氣流系統、單向物品傳送系統和生物安全控制系統)。

1.1 結構布局設計

主體結構采用輕質砌磚墻(玻化磚貼面)和鋼化玻璃等材料為分隔，頂面采用輕質材料修建而成，設有總緩沖走廊及試劑配制區、標本處理區、PCR擴增分析區3個獨立實驗區。各實驗區均設置緩沖區，配有更衣柜和洗手池，易于清潔消毒。

(1)試劑配制區。該區域為配制實驗試劑的場所。

(2)標本處理區。在實驗中標本接收和處理的場所，該區域主要進行的操作為臨床標本的保存、核酸(RNA、DNA)提取、貯存及RNA的逆轉錄操作。

(3)PCR擴增區。為擴增及分析結果的場所，該區域合并有報告發放區。

人員、物品進出各個實驗操作區均有各自獨立通道，實驗操作區之間的試劑及模板傳遞通過具紫外線消毒功能的傳遞窗進行單向傳遞[6]。通過合理的結構改造及布置，實現了臨床基因診斷實驗室的分區要求。各實驗操作區吊頂內的集中抽風系統，使各操作區相對緩沖區形成相對負壓，各室氣流單向流動，經由集中式排風管道外排；設置室間傳遞窗，可使樣品模板及試劑單向流動。其平面結構如圖1所示。

圖1 臨床基因診斷實驗室結構圖

1.2 實驗室氣流控制

目前，國家對臨床基因診斷實驗室尚無嚴格的氣流凈化要求，但為避免各個實驗區域間交叉污染的可能，氣流宜采用全送或全排的形式，同時應嚴格控制送、排風的比例以保證各實驗區的壓力要求。本實驗室設計基于控制標本污染和生物安全防護的需要，在各實驗操作區中安置有全排式單向氣流控制系統。該系統由吸頂排風扇、專用排風管道及樓頂風機組成，根據各操作區域面積大小，設置不同數量的排風扇，力求各區氣壓平衡[7]。所形成的氣流方向為總緩沖走廊空氣流向各緩沖區域，各緩沖區空氣流向各實驗操作區。排風系統工作時各實驗操作區氣體通過排風扇、風管外排，相對各緩沖區和總緩沖區為負壓狀態，實現各區氣流的單向流動。

1.3 區間物品單向傳送

在試劑準備區與PCR擴增區、標本制備區與PCR擴增區之間安置有帶紫外燈的機械連鎖不銹鋼傳遞窗，分別用于試劑、標本模板等的單向傳送。試劑配制區所配制的試劑通過傳遞窗單向傳遞到PCR擴增區；處理過的標本模板通過傳遞窗由標本制備區單向傳遞到PCR擴增區，并在超凈工作臺內進行加樣后上機擴增、分析，檢驗報告通過報告發放窗口發放，PCR擴增區的任何物品均不進入其他各區。

2 臨床基因診斷實驗室的生物安全控制

臨床基因診斷實驗室的生物安全控制系統按照衛生部“WS 233-2002微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則”二級生物安全級別標準配置組成[8]。

2.1 II級生物安全柜II級生物安全柜采用Thermo A2型，其內部潔凈度可達100級，排氣量為330 CFM(流量單位，1 CFM=28.3185 L/min)，其高效過濾器對0.3 μm的顆粒過濾效率＞99.999%，可有效防止氣溶膠對標本的污染及對人員和環境的危害[9]。

2.2 完善的消毒制度及單向氣流控制(1)3個實驗區和各緩沖區按照衛生部“WS/T367醫療機構消毒技術規范”空氣消毒的具體要求安裝紫外燈、生物安全柜、超凈臺和傳遞窗內部紫外燈。在各實驗操作區內另配置移動紫外消毒車1臺以進行局部補充消毒；定期保潔紫外燈管，每半年檢測其強度，若不符合標準立即更換[10]。

(2)實現各實驗操作區相對負壓狀態和氣流單向流動，保證各實驗操作區空氣無相互流通。

2.3 區間物品單向傳送及廢棄物品

(1)試劑和標本通過各自專用傳遞窗單向傳遞到擴增區。各實驗操作區人員固定，操作服、鞋帽、儀器設備及實驗器具均單獨配置，杜絕跨區使用。

(2)各實驗操作區所有廢棄物品包括剩余標本、廢液、廢棄耗材及反應產物等均經0.5%過氧乙酸溶液浸泡消毒后再經各自路徑送出，經高壓蒸汽滅菌處理后由醫院按相關規定統一收集處理，以保障環境安全。

3 結論

實用、規范的臨床基因診斷實驗室可保證相關病原體的準確檢測，是保障生物安全的需要。結合對原有臨床基因診斷實驗室使用中的經驗，在布局設計中更改了試劑配制區、標本處理區和PCR擴增區在走廊內一字排列的方案，避免了試劑配制區所配好的試劑進入擴增區不便的缺陷，而采用將PCR擴增區安置于區域中部，試劑配制區及標本處理區通過各自的機械連鎖不銹鋼傳遞窗與PCR擴增區進行試劑和模板的單向傳遞，進行加樣、擴增、分析后將檢測報告單通過報告發放區發放，從而完成檢測過程[11-12]。標本處理區與大廳相通，方便標本接收。

新設計改建的臨床基因診斷實驗室安全運行近2年，通過對近4萬余份各類臨床標本和對照品檢測，證實其結果準確、質量控制符合要求，順利通過了2009年、2010年國家衛生部組織的實驗室室間質量考評，無擴增產物污染發生，保證了基因診斷結果的準確性和生物安全性，為今后相關實驗室的設計改造積累一定的經驗。

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Optimal design of clinical gene diagnosis laboratory/

CHEN Ke, WANG Yi-hui, ZHENG Jiang, et al// China Medical Equipment,2014,11(1):48-50.

Objective:Optimal design of clinical gene diagnosis laboratory, ensure the gene amplification testing quality and protect biological safety, and accumulated a lot of experience and method for the design and improvement of future related laboratory.Methods:By reasonable structural transformation and arrangement to achieve clinical genetic diagnostic laboratories zoning requirements. Relying on the ventilation system of each experiment operating area, each operation achieved a relative buffer zone to form a relatively negative pressure to each chamber airflow unidirectional flow. It achieved a one-way flow of sample templates and reagents through fixed each room staff and setting up room transfer window.Results:Optimal design of clinical genetic diagnostic laboratories improves the accuracy of the test results in the experimental steps about samples, templates, reagents, etc. which easy to be affected by aerosol pollution. It reduces infectious pathogens may cause harm to health of staff and pollution of environment in samples to be tested, and therefore to ensure the accuracy of test results and biological safety of personnel and environmental.Conclusion:By design allows laboratories to achieve a reasonable layout, easy to use, system-equipped to ensure the accuracy of the results of genetic diagnosis and bio-security.

Clinical gene diagnosis; Accuracy; Optimal design; Buffer; Structure design

1672-8270(2014)01-0048-03

R197.324

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.01.017

2013-08-21

①第三軍醫大學西南醫院設備科 重慶 400038

陳科,男,(1981- ),本科學歷，工程師。第三軍醫大學西南醫院設備科，從事醫療設備和計算機信息方面的研究工作。