临床基因诊断实验室的优化设计

陈 科 王义辉 郑 江 卫 国 唐 伟

临床基因诊断实验室的优化设计

陈 科① 王义辉① 郑 江① 卫 国① 唐 伟①

目的：对临床基因诊断实验室进行优化设计，保障基因扩增检验质量和生物安全，为今后相关实验室的设计改造积累方法和经验。方法：合理改造临床基因诊断实验室的结构，优化设计各实验操作区抽风系统，设置固定各室人员及室间的传递窗。结果：临床基因诊断实验室的优化设计，提高了各实验步骤中样品、模板及试剂等检测结果的准确性，减少了待检标本中传染性病原微生物可能对人员健康和环境产生的危害和污染，保障人员、环境的生物安全。结论：实验室布局合理、使用方便及系统配置完善，可保证基因诊断结果的准确性和安全性。

临床基因诊断；准确性；优化设计；缓冲区；结构设计

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

聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)是20世纪80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术，该技术能够在短时间内将目的基因或基因片段扩增数十万至数百万倍。1996年由美国Applied Biosystems公司推出荧光定量PCR(FQ-PCR)技术，实现了从定性到定量的飞跃，且具有灵敏度和特异性高，能实现多重反应，自动化程度高，实时和准确等特点，该技术在医学临床检验及临床医学研究方面有着重要的意义[1-3]。但在各实验步骤中其样品、模板及试剂等易受气溶胶污染而影响检测结果的准确性，待检标本中的传染性病原微生物可能对人员健康和环境产生危害和污染，因此必须建设实用、规范的临床基因诊断实验室以保障检测结果的准确性及人员、环境的生物安全[4]。本研究从实验室的平面布局、通风气流控制系统设计、污染预防及生物安全保障等方面的特点进行探讨和优化设计。

1 临床基因诊断实验室的布局

临床基因诊断实验室必须保证基因扩增检验质量和保障生物安全，在布局、设置、使用及管理等方面均需符合国家关于“临床基因诊断实验室管理暂行办法”、“临床基因诊断实验室工作规范”、“临床基因诊断实验室基本设置标准”及“微生物和生物医学实验室生物安全通用准则”等临床基因诊断实验室的设置要求[5]。该实验室设计的核心是避免污染，应具备简洁的外观、合理的结构布局、标准的风向设置以及严密的防护措施等。设计包括试剂准备区、标本制备区和PCR扩增区3个独立实验区，其各自均设置缓冲区和3个系统(单向气流系统、单向物品传送系统和生物安全控制系统)。

1.1 结构布局设计

主体结构采用轻质砌砖墙(玻化砖贴面)和钢化玻璃等材料为分隔，顶面采用轻质材料修建而成，设有总缓冲走廊及试剂配制区、标本处理区、PCR扩增分析区3个独立实验区。各实验区均设置缓冲区，配有更衣柜和洗手池，易于清洁消毒。

(1)试剂配制区。该区域为配制实验试剂的场所。

(2)标本处理区。在实验中标本接收和处理的场所，该区域主要进行的操作为临床标本的保存、核酸(RNA、DNA)提取、贮存及RNA的逆转录操作。

(3)PCR扩增区。为扩增及分析结果的场所，该区域合并有报告发放区。

人员、物品进出各个实验操作区均有各自独立通道，实验操作区之间的试剂及模板传递通过具紫外线消毒功能的传递窗进行单向传递[6]。通过合理的结构改造及布置，实现了临床基因诊断实验室的分区要求。各实验操作区吊顶内的集中抽风系统，使各操作区相对缓冲区形成相对负压，各室气流单向流动，经由集中式排风管道外排；设置室间传递窗，可使样品模板及试剂单向流动。其平面结构如图1所示。

图1 临床基因诊断实验室结构图

1.2 实验室气流控制

目前，国家对临床基因诊断实验室尚无严格的气流净化要求，但为避免各个实验区域间交叉污染的可能，气流宜采用全送或全排的形式，同时应严格控制送、排风的比例以保证各实验区的压力要求。本实验室设计基于控制标本污染和生物安全防护的需要，在各实验操作区中安置有全排式单向气流控制系统。该系统由吸顶排风扇、专用排风管道及楼顶风机组成，根据各操作区域面积大小，设置不同数量的排风扇，力求各区气压平衡[7]。所形成的气流方向为总缓冲走廊空气流向各缓冲区域，各缓冲区空气流向各实验操作区。排风系统工作时各实验操作区气体通过排风扇、风管外排，相对各缓冲区和总缓冲区为负压状态，实现各区气流的单向流动。

1.3 区间物品单向传送

在试剂准备区与PCR扩增区、标本制备区与PCR扩增区之间安置有带紫外灯的机械连锁不锈钢传递窗，分别用于试剂、标本模板等的单向传送。试剂配制区所配制的试剂通过传递窗单向传递到PCR扩增区；处理过的标本模板通过传递窗由标本制备区单向传递到PCR扩增区，并在超净工作台内进行加样后上机扩增、分析，检验报告通过报告发放窗口发放，PCR扩增区的任何物品均不进入其他各区。

2 临床基因诊断实验室的生物安全控制

临床基因诊断实验室的生物安全控制系统按照卫生部“WS 233-2002微生物和生物医学实验室生物安全通用准则”二级生物安全级别标准配置组成[8]。

2.1 II级生物安全柜II级生物安全柜采用Thermo A2型，其内部洁净度可达100级，排气量为330 CFM(流量单位，1 CFM=28.3185 L/min)，其高效过滤器对0.3 μm的颗粒过滤效率＞99.999%，可有效防止气溶胶对标本的污染及对人员和环境的危害[9]。

2.2 完善的消毒制度及单向气流控制(1)3个实验区和各缓冲区按照卫生部“WS/T367医疗机构消毒技术规范”空气消毒的具体要求安装紫外灯、生物安全柜、超净台和传递窗内部紫外灯。在各实验操作区内另配置移动紫外消毒车1台以进行局部补充消毒；定期保洁紫外灯管，每半年检测其强度，若不符合标准立即更换[10]。

(2)实现各实验操作区相对负压状态和气流单向流动，保证各实验操作区空气无相互流通。

2.3 区间物品单向传送及废弃物品

(1)试剂和标本通过各自专用传递窗单向传递到扩增区。各实验操作区人员固定，操作服、鞋帽、仪器设备及实验器具均单独配置，杜绝跨区使用。

(2)各实验操作区所有废弃物品包括剩余标本、废液、废弃耗材及反应产物等均经0.5%过氧乙酸溶液浸泡消毒后再经各自路径送出，经高压蒸汽灭菌处理后由医院按相关规定统一收集处理，以保障环境安全。

3 结论

实用、规范的临床基因诊断实验室可保证相关病原体的准确检测，是保障生物安全的需要。结合对原有临床基因诊断实验室使用中的经验，在布局设计中更改了试剂配制区、标本处理区和PCR扩增区在走廊内一字排列的方案，避免了试剂配制区所配好的试剂进入扩增区不便的缺陷，而采用将PCR扩增区安置于区域中部，试剂配制区及标本处理区通过各自的机械连锁不锈钢传递窗与PCR扩增区进行试剂和模板的单向传递，进行加样、扩增、分析后将检测报告单通过报告发放区发放，从而完成检测过程[11-12]。标本处理区与大厅相通，方便标本接收。

新设计改建的临床基因诊断实验室安全运行近2年，通过对近4万余份各类临床标本和对照品检测，证实其结果准确、质量控制符合要求，顺利通过了2009年、2010年国家卫生部组织的实验室室间质量考评，无扩增产物污染发生，保证了基因诊断结果的准确性和生物安全性，为今后相关实验室的设计改造积累一定的经验。

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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第三军医大学西南医院设备科 重庆 400038

陈科,男,(1981- ),本科学历，工程师。第三军医大学西南医院设备科，从事医疗设备和计算机信息方面的研究工作。