PCR實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)研究

張萌，王云飛，張凱

（中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100120）

PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）實(shí)驗(yàn)又稱基因擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)，是一種用于放大擴(kuò)增特定的DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)。它的特點(diǎn)將微量的DNA大幅度增加。PCR實(shí)驗(yàn)是分子生物學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)的常規(guī)檢測方法，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)室、藥廠等行業(yè)，例如，DNA指紋、親子鑒定、個(gè)體識(shí)別以及法醫(yī)物證，艾滋病、禽病疫、乙肝、癌基因的檢測和診斷，動(dòng)物、植物檢疫，轉(zhuǎn)基因作物與轉(zhuǎn)基因微生物檢測等領(lǐng)域。

1 PCR實(shí)驗(yàn)室工藝布局

PCR實(shí)驗(yàn)室根據(jù)其工藝流程主要分為試劑準(zhǔn)備區(qū)、核酸提取區(qū)、擴(kuò)增區(qū)和產(chǎn)物分析區(qū)4個(gè)單獨(dú)的工作區(qū)域，其中試劑準(zhǔn)備區(qū)、核酸提取區(qū)為擴(kuò)增前區(qū)，擴(kuò)增區(qū)、產(chǎn)物分析區(qū)為擴(kuò)增后區(qū)。PCR實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)核心是控制生物危害，防治病毒污染人員、環(huán)境；控制核酸污染試劑、樣本、操作過程，防止影響檢測結(jié)果。因此，實(shí)驗(yàn)室各區(qū)域只能從試劑準(zhǔn)備區(qū)→核酸提取區(qū)→擴(kuò)增區(qū)→擴(kuò)增產(chǎn)物分析區(qū)，不得逆向流動(dòng)；各實(shí)驗(yàn)區(qū)域要設(shè)置緩沖間。

根據(jù)PCR實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，比較理想的PCR實(shí)驗(yàn)室布局如下圖所示。設(shè)置一個(gè)專用的PCR走廊（非必須項(xiàng)，優(yōu)先保證緩沖間的面積），試劑準(zhǔn)備室、核酸提取室、擴(kuò)增室和產(chǎn)物分析室規(guī)范排列在一起，各工作區(qū)設(shè)置緩沖間，緩沖間可用于更衣、換鞋等。工作流程按照試劑準(zhǔn)備室、核酸提取室、擴(kuò)增室至產(chǎn)物分析室單一流向進(jìn)行，每個(gè)工作室的儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)用品、工作服和鞋等必須專用。

圖1 PCR實(shí)驗(yàn)室典型工藝區(qū)劃圖

2 各工作室的用途和主要儀器設(shè)備

（1）試劑準(zhǔn)備室。試劑準(zhǔn)備室主要承擔(dān)PCR實(shí)驗(yàn)過程中試劑的配制、分裝和保存。主要設(shè)備包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、試劑柜、冰箱、天平、離心機(jī)、加樣器、振蕩器、紫外燈等。

（2）核酸提取室。核酸提取室主要承擔(dān)樣品核酸的提取，樣品的混樣和測試樣品的制備。主要設(shè)備包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、冰箱、生物安全柜（或通風(fēng)柜、潔凈工作臺(tái)）、離心機(jī)、加樣器、振蕩器、恒溫水浴鍋、紫外燈等。其中生物安全柜、通風(fēng)柜和潔凈工作臺(tái)的選擇與測試樣品的特性有關(guān)，生物安全柜主要用于疾控中心、醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室等；通風(fēng)柜主要用于植物DNA檢測和檢疫等；潔凈工作臺(tái)主要用于對(duì)潔凈條件要求較高的PCR實(shí)驗(yàn)。

（3）擴(kuò)增室。擴(kuò)增室主要承擔(dān)核酸擴(kuò)增反應(yīng)的配制和模板加入。主要設(shè)備包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、熒光定量PCR儀、熒光計(jì)、冰箱、生物安全柜（或通風(fēng)柜、潔凈工作臺(tái)）、離心機(jī)、加樣器、紫外燈等。

（4）產(chǎn)物分析室。產(chǎn)物分析室主要承擔(dān)核酸產(chǎn)物的測定。主要設(shè)備包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、測序儀、冰箱、離心機(jī)、加樣器、紫外燈等。

3 各專業(yè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）建筑、結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)室火災(zāi)危險(xiǎn)性為丁類；實(shí)驗(yàn)室墻體、頂棚結(jié)構(gòu)牢固、氣密性好；墻體內(nèi)壁光潔、不吸附、易清掃；地面無滲漏、易清掃；實(shí)驗(yàn)室地面載荷為400kg/m2；各實(shí)驗(yàn)室之間設(shè)置機(jī)械聯(lián)鎖不銹鋼傳遞窗，保證試劑和測試樣品在傳遞過程中不受污染。

（2）給排水。各工作室實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置化驗(yàn)盆和洗眼器，設(shè)置上水和下水點(diǎn)。設(shè)置滅火裝置。

（3）暖通。實(shí)驗(yàn)室設(shè)置集中空調(diào)系統(tǒng)，溫度為20～26℃、濕度為40%～60%、潔凈度為8級(jí)潔凈，其中潔凈度為非必須項(xiàng)，可根據(jù)試劑使用情況和投資確定。需設(shè)置空調(diào)機(jī)房。實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格控制送、排風(fēng)的比例保證各工作室的壓力，使工作室具備單向的氣流。具體設(shè)計(jì)要求如圖2所示。

圖2 PCR實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)示意圖

（4）電氣。實(shí)驗(yàn)室照度為300Lx；各工作室、傳遞窗設(shè)置紫外燈用于殺毒。每個(gè)工作室預(yù)留10kW電量，共計(jì)40kW。每個(gè)房間預(yù)留電話和網(wǎng)口。

4 結(jié)語

本文總結(jié)了PCR實(shí)驗(yàn)室典型的工藝布局、各工作室所需的工藝設(shè)備及用途、各專業(yè)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)要求。PCR實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于各個(gè)工作室之間具備單向的實(shí)驗(yàn)工藝流、物流、人流與氣流，形成單向流程的保護(hù)屏障，避免實(shí)驗(yàn)之間的相互干擾，防止核酸氣溶膠對(duì)實(shí)驗(yàn)過程造成污染產(chǎn)生假陽性結(jié)果。