谈PCR实验室的设计与施工

　　摘要：根据目前国内PCR实验室建设的实际情况，阐述了PCR实验室在设计施工中需要注意的洁净度、湿度、压力梯度、隔离、新风补充等问题，分析了3种常见的PCR实验室空调系统方案的优缺点。

　　关键词：PCR实验室；空调系统；湿度控制

　　一、概述

　　目前，国内二级以上的医院都广泛开展了临床基因扩增检验项目，使PCR（Polymerase Chain Reaction）实验室即基因扩增实验室的设计与建造也越来越受到重视。

　　要完成一组PCR实验，通常需要经过试剂配制、样品处理、核酸扩增和产物分析4个实验过程。这4个实验过程的实验用房应相邻布置，组成一个独立的PCR实验区。标准的PCR实验区包括：试剂准备区、标本制备区、扩增区、产物分析区、各区配套的缓冲区及公共走廊。

　　二、平面布局

　　某医院PCR实验室平面布局如图1所示，整个区域有一个公用走廊，每个独立实验区设有专门的缓冲区。通过压差控制，使整个PCR实验过程中试剂和标本免受气溶胶的污染，并且降低扩增产物对人员和环境的污染。

　　三、压力梯度控制

　　试剂准备区和标本制备区呈相对正压状态，以防止外界含核酸气溶胶的空气进入，造成污染。

　　核酸扩增室及产物分析区应呈相对负压状态，以防止含核酸的气溶胶扩散出去污染试剂与样品。建议采用5~10Pa压差，在控制上比较容易实现。

　　四、正负压区域缓冲室的设置

　　根据压力梯度的要求，试剂配制室和样品处理室为相对正压，扩增室和产物分析室为相对负压，要求正压的区域和要求负压的区域的缓冲室内的压力设计大不相同。

　　正压缓冲室符合一般正压洁净室的缓冲原则，主要是防止室外环境空气中的气溶胶进入室内。

　　负压缓冲室则是要求缓冲室对核酸扩增室及产物分析区保持正压，对缓冲室外也保持正压（主要是满足室内净化需要，如室内无洁净要求，此处可以为0压）。负压缓冲室的布置如图3所示。

　　五、PCR实验室内主要设备及房间面积要求在PCR实验室内有大量的实验仪器，其中一些仪器和实验室建造有很大关系。

　　（一）试剂准备区

　　试剂准备区配备有2~8℃冰箱和-80℃冰箱，计算冷负荷时，需要将它们计算在内。房间的面积宜控制在15㎡~20㎡。

　　（二）标本制备区

　　标本制备区配备有2~8℃冰箱和-20℃冰箱，计算冷负荷时，需要将它们计算在内。在标本制备区，还需要配备生物安全柜，用于进行提取核酸的操作。为避免提取的核酸在柜内反复循环，造成标本之间的交叉污染，出现假阳性结果，该区域配备的生物安全柜必须是B2型的。生物安全柜工作区垂直气流全部来自实验室，排风经过高效过滤器过滤后直接排至室外，不允许回到安全柜和实验室中。

　　根据我们的经验，如果实验室内配备生物安全柜，每配备一台，实验室的面积增加10㎡；标本制备区的面积宜在25㎡~30㎡之间。

　　（三）扩增室

　　扩增室主要配备PCR实验室的核心仪器PCR仪，本文实例中使用了ABI7500和ABI9700两种PCR仪。在实验室建造过程中，需要给PCR仪配备专门的UPS电源，以保证其正常工作。该区面积控制在15㎡~20㎡。

　　（四）产物分析区

　　在室内配备通风橱，保证房间内的相对负压，空气从室外流向室内。该区面积控制在15㎡~20㎡。

　　六、PCR实验室对空调系统的要求

　　首先，要求4个区域的空调系统完全独立，前两个区域相对正压，后两个区域相对负压。标本制备区配备有B2型生物安全柜，需要在安全柜进行操作时，要有相应数量的新风补充。产物分析区配有排风橱，也需要有一定数量的新风补充。

　　其次，实验室内的温度、湿度都有一定的要求。尤其是湿度，PCR实验室内一般要求相对湿度在65%以下。南方地区空气湿度大，而标本制备区和产物分析区需要大量的新风补充，这些新风如果处理不好，会造成实验室内湿度过高。

　　第三，很多PCR实验室都要求室内达到ISO7级洁净标准。

　　综上所述，我们可以总结出PCR实验室在空调系统方面的主要要求：四区必须完全独立、大量的新风补充、不同区域的不同压力梯度、较严格的湿度控制要求、较高的洁净度要求。对于这些要求，简单的、经济的空调系统方案很难满足。

　　七、常用的PCR实验室空调系统方案

　　（一）壁挂式或吊顶嵌入式空调（独立制冷机）+新风过滤系统+排风系统

　　这是目前一些中小医院的PCR实验室经常使用的空调方式，在每个区域内安装独立的壁挂式空调，新风系统集中过滤处理（初效+中效+高中效），然后根据需求将新风送入每一个区域内，配套的排风系统和新风系统联锁控制。

　　这样的空调系统控制简单、成本低廉，4个区域的空调系统独立，房间内的压差也可控。缺点是室内达不到净化要求，房间内的湿度不可控。我们曾接触过一个项目，夏季开启生物安全柜后，整个房间内充满雾气，房间内的湿度非常高，致使实验室内的很多仪器出现锈蚀，仪器的寿命和精度都有所降低，造成很大的损失。

　　（二）自带冷热源（直膨式）全新风空调机组+排风系统

　　该方案主要用于有洁净度要求的PCR实验室，由自带冷热源（直膨式）全新风空调机组进行空气处理，然后将新风送入4个不同区域，4个区域采用独立的排风系统来控制房间内的压力平衡。

　　该方案的优点是控制简单，能够满足净化、压力梯度、四区隔离的基本要求，房间内的温度也可控。

　　方案的不足之处主要在于房间的湿度控制。主流的空调设备厂家一般都不生产直膨式全新风恒温恒湿机组，主要原因是机组的控制繁琐、故障率高，尤其在夏季，室外高温高湿，新风通过机组后要达到温度湿度要求，对直膨式机组来说有很大的难度。因此，只能通过一些小厂家来进行定制，设备质量无法得到保障。

　　（三）独立热泵机组+全新风空调机组+排风系统

　　该方案使用独立的风冷热泵机组，冬季提供热源，其他季节提供冷源。空气处理则采用组合式新风处理机组，通过表冷段和再热段来控制新风湿度，保证房间内的温度、湿度都达到要求。

　　该方案的优点在于可以满足PCR实验室对空调系统的全部要求（温度、湿度、压差、洁净度等）。

　　方案的缺点是系统控制相对前两个方案更复杂，初期投资较大，设备占用空间也比较大。

　　八、结束语

　　我们发现，实验室4区隔离、达到一定洁净度都不难实现，高湿季节房间内的湿度控制是个大问题，在这方面需要花费较多的资源。

　　PCR实验室建设的决策者一般都是科研人员，他们对洁净度、正负压比较了解，但对于房间内的新风处理、湿度控制的重要性估计不足。施工单位出于成本考虑，常常忽略这些问题。

　　对于PCR实验室的建设，只有从方案初期、设计的源头开始对上述要点进行控制，才有可能做出优质的、全面满足医疗实验要求的项目。（编辑吕志新）

　　参考文献

　　［1］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50591-2010，洁净室施工及验收规范[S].北京：光明日报出版社，2010.

　　［2］许钟麟.空气洁净技术原理（3版）［M］.北京：科学出版社，2004.

　　文︱姜治国

　　上海北亚洁净工程有限公司 上海 200052