中小课题组分子生物学实验室的仪器设备建设与管理

遵义医科大学附属医院 （贵州 遵义 563000）

内容提要： 课题组管理下的分子生物学实验室是实验室运行的一种模式，是科研院所和高校实验室建设的重要组成部分。结合分子生物学实验室运行实际，从实验室仪器设备建设和管理两方面，探讨分子生物学实验室的基本仪器配置和管理方法，为实验室相关的建设和管理提供参考。

随着现代科学技术的发展以及国家对生命科学基础研究的重视和大力投入，越来越多的高校和研究所开始建立以课题组为单位的分子生物学实验室[1]。相对于公共实验平台，课题组管理下的实验室实用性和针对性更强，满足科研工作最基本的实验需求，仪器利用率更高，可以更好地服务于科研工作[2]。本文结合目前分子生物学实验室的普遍需求，对分子生物学实验室通常需要配置的仪器设备及实验室管理经验进行总结，以便对有实验室建设需求的相关人员提供参考。

1.分子生物学实验室仪器设备配置

分子生物学实验所涉及的仪器和设备较多，但课题组管理下的中小实验室通常只需满足基本的实验需求即可，其配置的仪器往往使用率较高。而大型仪器设备如共聚焦显微镜，测序仪，电子显微镜，质谱色谱仪等仪器，以及动/植物培养房，细胞培养间等平台，中小实验室的经费较难支持，相关的需求一般由公共的实验平台来满足，故本文对这些仪器和平台的建设不进行涉及，只从以下几个方面总结相关的建设和管理经验。

1.1 低温保存设备

分子生物学实验的研究对象通常为核酸或蛋白质，核酸与蛋白质在常温下均可能加速降解，需要低温设备在实验过程中提供低温保护。实验过程中最常用到的低温保护介质是冰，制冰机是分子生物学实验室的必备仪器，同时金属冰浴器，冰盒也能在实验操作过程中提供良好的低温保护。低温保存样品则需用到冰箱或者液氮罐，常用的保存温度为4°C，-20°C，-80°C，-196°C四种，4°C可以短期放置活体微生物或不宜结冰的试剂，-20°C度可以短期保存核酸或蛋白及试剂药品，-80°C冰箱可以为核酸或蛋白提供长期保存条件，液氮则通常用来保存新鲜的组织或细胞样本。冰箱型号及种类极多，实验室建设者可依据自身的经费和实验需求，配置相应大小和型号，只要能够保证达到相应温度并稳定运行即可。

1.2 制水设备

实验室用水可分为三个等级：自来水、纯净水、去离子水。自来水可用于常规的实验设备清洗和卫生维护。纯净水是自来水经过蒸馏或过滤之后含有杂质较少的水，可用于普通试剂或细菌培养基的配置，但因蒸馏设备安全和稳定性较差，容易发生安全问题，所以目前一般使用过滤设备来制取纯净水。去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水，其电阻可达到18MΩ，可用于核酸或蛋白等试剂的溶解，以防止其降解。去离子水生产设备一般需要从自来水取水并连续供水，因为自来水的水质不稳定，所以最好在去离子水生产设备的进水前端加装一个过滤装置，可有效降低去离子水生产仪器中的过滤耗材的老化速度，同时也方便维护。

1.3 离心设备

离心设备一般用来进行固体与液体，或不同密度的液体之间的分离，是实验室必需仪器之一。分子生物学实验室常用离心转速最高在13000r/min左右，因此普通的高速离心机即可以满足要求。但因为部分实验需要在低温下进行，因此需要至少一台离心机具备低温制冷功能。常用的离心体积为1.5/2.0mL，15mL，50mL体积，需要在购买时对相应的转子进行匹配购买。如果实验内容涉及密度梯度离心，则需要购置超高速离心机，最高离心力达到100000g以上。

1.4 PCR扩增设备

常用的PCR扩增设备主要有两种，另一种是普通PCR议，主要是用于对目的基因普通的扩增实验；另一种是实时荧光定量仪，其在普通PCR仪的基础上增加一个荧光信号采集系统和计算机分析处理系统，扩增的结果通过荧光信号采集系统实时采集信号连接输送到计算机分析处理系统得出量化的实时结果输出，对基因进行定量分析。一般常规的PCR仪是96孔的，但也有48孔和384孔的平台，购买时需根据实验室自身需求进行选择。

1.5 核酸及蛋白分析设备

分子生物学实验中对核酸和蛋白的简单分析主要有两种应用，一种是基于电泳的分析，一种是基于分光光度计的定量分析。

电泳实验需要的仪器主要是电泳仪和电泳槽，核酸和蛋白电泳时的电泳仪是可以通用的，只要能提供足够功率的电压和电流即可，在实验购置时最好选择高功率并且可以多通道同时运行的电泳仪。电泳槽分为垂直电泳槽和水平电泳槽两种，分别用于琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。不管是核酸电泳还是蛋白电泳，最后一般均需要对分离结果进行拍摄或曝光，现在有图像处理系统可以对琼脂糖凝胶的紫外激发荧光以及蛋白印迹实验的化学发光进行直接拍摄成像，不需要进行显影定影等操作，可以大大简化实验过程，提高效率，性价比很高。

基于分光光度计的定量仪器主要有使用比色杯的分光光度计，超微量分光光度计和酶标仪，使用比色杯的产品相对稳定，使用范围更广，但操作起来相对繁琐，而微量分光光度计操作简单，保养方便，所需样本体积小，相对来说，分子生物学实验中超微量分光光度计的使用频率更高，但价格比老式的分光光度计要高。酶标仪的分析通量更高，可在适时间内对大量样本进行检查，同时其覆盖的波长范围更广。

1.6 显微设备

显微镜可以用来观察细胞形态和切片，分子生物学实验室至少配备一台常规正置显微镜。如果有细微组织的操作，则可以配置体视显微镜，用于对组织进行精细操作。如果实验涉及荧光观察，则需要购置荧光显微镜，其可以配置有图像处理功能分析系统，方便进行镜下图像进行拍摄和分析。

1.7 计量设备

分子生物学实验中常用到的计量设备主要是天平，pH计和温度计。天平用于称量试剂药品的质量，实验室配备精确到0.0001g和0.01g两个量程的天平即可基本满足分子生物学实验的需求，如有需求，也可购置其他称量精度的天平。pH计用于测量液体的酸碱度，温度计用于测量空气或液体的温度，可根据实验室需求，购置相应规格和量程的型号。

1.8 无菌设备

为防止操作环境中微生物等对实验物品的污染，常需要对实验物品进行灭菌操作。常见灭菌设备也就是高压灭菌锅，其原理都是在高温高湿状态下对微生物等进行灭杀，但价格差异也很大，实验室购置时尽量选择可以设置灭菌时间和灭菌温度的自动化设备，在操作上会方便很多，也更安全。

实验物品进行灭菌后，最好在无菌操作平台中进行操作，常见的无菌操作平台有超净工作台和生物安全柜两种，前者只能保证操作平台内部的无菌，而无法确保操作平台外的生物安全，因此只能用来操作生物安全级别很低的微生物，如大肠杆菌等。而生物安全柜既可以保证平台内部的无菌条件，还能避免内部有害物质向外的泄漏。对不同的生物安全等级需求，生物安全柜也有对应的安全级别型号，选购时需结合自身的实验需要选择对应安全等级的生物安全柜。

1.9 试剂保存柜

试剂保存柜可分为两种，一种是危险品保存柜，一种是普通保存柜。目前对所有实验室均已规定必须对危险化学品进行单独存放，所以危险品保存柜是实验室必须购置的设备之一，用于存放易燃易爆，易制毒，有腐蚀性的试剂和药品，实验室建设时需根据自身需要，购买相应规格和数量的危险品保存柜。普通试剂保存柜用于存放普通试剂和药品，要求不是很高，可视经费情况选购即可。

1.10 通风设备

分子生物学实验常会用到一些具有挥发性或者具有刺激性气味的试剂和药品，因此有必要装置一些通风设备。最常用到的是通风橱，另外，安置在实验台上的抽风设备也是个不错的选择。如果实验室所在地区空气质量较差，浮尘较多，可以考虑在实验室区域安装新风过滤系统，能有效降低实验室内部的灰尘积累。

1.11 其他设备

分子生物学实验室除上述仪器设备外，一般还需要微生物培养箱、鼓风干燥箱、超声波破碎仪、水浴锅、漩涡振荡器、移液器、脱色摇床、超声波清洗仪、投影仪等，可视实验室需要进行购置。

2.实验室管理

实验室建设和管理是一项繁琐而且艰巨的工作，实验室设备众多，实验人员流动性较大，新进的人员又对实验室不甚了解，因此，科学高效的实验室管理是保证实验室各项工作顺利运行的基础[3]。以下将从安全，卫生，仪器和试剂耗材等方面讨论实验室的相关管理。

2.1 安全管理

安全管理是实验室一切工作正常进行的前提和保障。实验室建立之后应先结合实际，拟定安全规章制度，并做到所有人员对安全规定的了解和掌握，并及时对新进人员进行培训。如果有条件，尽量使实验室人员从同一个大门进出，然后在大门安装刷卡门禁，控制无关人员的进入，同时对实验室走廊和每间实验室安装视频监控，做到全面覆盖、无盲区的效果。

2.2 卫生管理

实验室如果没有专职的卫生人员，需要对实验室人员进行值日安排，做到每周一次大扫除，每天值日。因为实验室人员流动性较大，值日生的执行力也存在差异，因此需要将值日内容进行细化，打印到表格，值日时依项完成，做到没有遗漏。

2.3 仪器设备管理

仪器设备的良好运行都需要良好的维护和正确的使用，实验室所有人员都应该进行相关常用仪器的使用培训，达到会用，会维护，遇到问题会处理的良好状态。对大型贵重仪器实行专人管理，制作相应的维护登记表，定期进行检查维护，将仪器保持在良好状态，排除隐患。

2.4 试剂耗材管理

试剂耗材由实验室管理人员专人采购，对常用试剂应留有余量，分类存放，并做好台账记录。国家规定的危险化学品必须放于专门的危化柜中，实行双锁双人保管制度，并定期检查使用记录和保存条件，杜绝泄漏等问题的发生。

3.小结

课题组实验室的建设和管理是一项非常复杂的工作，仪器设备的购置只是实验室建设的第一步，要保证实验室的高效运行，需要课题组师生共同努力对设备和试剂进行科学有效地管理和维护，确保所有仪器处于良好的运行状态，合理有效整合各方面资源，以最少的投入达到最大的科研效益。