寒区大型PCR 实验室建设探讨

孙文波，许顺雄，刘晓斐，陈英剑，刘同亭，黄伦论

（1.联勤保障部队第960 医院医学工程科，济南 250031；2.国防大学联合勤务学院，北京 100858；3.联勤保障部队第960 医院检验科，济南 250031；4.联勤保障部队第960 医院消化科，济南 250031；5.联勤保障部队第960 医院卫勤训练中心，济南 250031）

0 引言

近几年，PCR 实验室发展迅速，呈现出移动化和自动化的特点，移动化实验室主要特点是高移动性、现场快速检测，但受场地条件限制，实验室检测规模能力有限[1]，自动化实验室节省人力资源、感染风险较低，但自动化设备成本较高、加样速度较低、对取样管等有较高要求。

从全球形势来看，传染病大流行和局部生物战争风险在不断提升，PCR 实验室的规范化建设就显得尤为重要，而寒区环境下建设大型PCR 实验室受低温制约更需提前准备与筹划、加强理论研究与创新、制订实用预案，以满足现代战争需求。以东北等地为代表的寒带地区，受温带季风气候的影响，冬季寒冷而漫长，温度低于0 ℃长达半年以上，PCR 实验室的设计要充分考虑并满足冬季防寒、保温、取暖等实际需求。本文系统阐述寒区PCR 实验室的建设目标及重点建设要求，明确PCR 实验室防寒保暖要点及注意事项，详细介绍PCR 实验室基本配置与日常管理方法，以为寒区条件下建设大型PCR 实验室提供思路。

1 PCR 实验室的建设目标及要求

大型PCR 实验室按照核酸日检测1.5 万管进行建设，能满足地区局部战争需要，本着布局合理、功能完备、对局势发展留有余量的原则，除常规建设标准外，必须充分考虑低温环境的影响，在地址选择、功能布局等方面进行针对性设计，以保证实验室各部分正常运行。

1.1 地址选择

大型PCR 实验室的建设地址应远离人群，附近无住户，降低传染源扩散风险，如利用现有楼房改造，选取楼层不应过高，以2～4 层为宜[2]，与野战医院直线距离不超过3 km，利于统一指挥调度，且具有良好的交通条件，便于样品转运和医疗垃圾处理。

1.2 功能布局

PCR 实验室应以PCR 实验开展这一核心功能的实现为重点，综合考虑样本接收、检测、报告等各个环节的作业特点，合理进行功能设计及布局。PCR实验室功能区布局示意图如图1 所示。

图1 寒区大型PCR 实验室功能区布局示意图

1.3 建设标准及有关要求

PCR 实验室主要配属于保障野战医院使用，可选择现有建筑进行改造后使用，也可以以彩钢板为主体新建PCR 实验室。建设标准需满足GB 19489—2008《实验室生物安全通用要求》和GB 50346—2011《生物安全实验室建筑技术规范》相关要求，实验室所检测的样本为高致病性病毒微生物，其样本制备间应按照T/CECS 662—2020《医学生物安全二级实验室建筑技术标准》规范中加强型P2 实验室相关标准执行。主要注意事项包括：（1）考虑寒区环境的特殊性，需根据驻地的实际情况，合理选用空调系统，以保证寒冷条件下实验室正常温湿度。（2）墙体材料应采用防寒保温材料，外墙传热系数宜小于0.38 W/（m2·K），地面传热系数宜小于0.28 W/（m2·K），实验室周边地面热阻宜大于1.1 m2·K/W，根据周边现有资源优先选用隔热性能好的宜建造材料。（3）在专用走廊或者根据需求设置压差集中显示系统，实时检测PCR 实验室各房间压差，出现问题时可自动报警；进出实验区的通道需设置门禁装置，在相关的区域粘贴生物安全警示标识和紧急处置物品区域标识。（4）其他注意通用事项[3]：①墙壁、顶面等优先采用易于清洁、耐擦洗、耐消毒、耐化学腐蚀的保温复合钢板材料，拐角处采用半圆弧圆角铝收边。②墙顶板间的拼缝使用中性硅酮胶密封，地面采用聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）或橡胶地板无缝拼接，踢脚处需上翻100 mm，与墙面形成圆弧形连接，减少室内不易清理的死角。③实验室门采用四框成品钢板门，保证门边缝的气密性要求，缓冲间相邻的两门安装自动互锁及紧急出门按钮，保证实验室的安全性。④核心工作间设置紫外线灯管或便携式紫外线照射装置，配套紧急洗眼装置和自动感应免水洗消毒装置，不应设置可开启的外窗。

1.4 新风空调系统建设要求

PCR 实验室各功能间应设置独立的排风系统，设置高效过滤排风和高效过滤送风，防止交叉污染，空气流向须遵循单一方向流通原则，即按照试剂准备区→样品制备区→核酸扩增产物分析区的方向流动[4]。样本制备间排风需要经高效过滤器过滤后排出；相邻房间有压差要求，压差梯度至少应设置为±10 Pa；实验室的温度应设置为18～26 ℃，以保证实验人员工作环境的舒适度。采用组合式空调机组，空调段位顺序按照进风段→初效段→中效段→电预热段→表冷段→加热段→加湿段→风机段→均流段→出风段[5]。

新风系统与安全柜排风要分开设置，因样品制备区布置了多台生物安全柜，为减少不稳定气流影响，该区的风口布局要合理，需将排风口布置在生物安全柜一侧，送风口布置在另一侧，在生物安全柜操作面或其他有气溶胶产生地点的上方附近不应设送风口，以防生物安全柜的气流紊乱溢出。新风口采取有效防雨措施，高于地面2.5 m，并安装易于拆卸的防护网。新风空调系统需满足各个区域的换气次数、温度、湿度、压差等具体要求，详见表1。另外，实验室要安装机械通风系统，通风系统的设计应满足：管道布置合理，风机风量合适，材质要选用耐腐蚀材质。

表1 寒区大型PCR 实验室各区域基本参数要求

2 PCR 实验室防寒保暖要点及注意事项

在寒区的低温条件下，如果暴露在室外，普通医疗设备将无法正常运行，绝缘材料会变硬、变脆，结构强度减弱，外露的轴承和机械传动部分润滑油易受冷凝结出现黏滞现象，含锡量高的焊剂会发生肢解，从而降低电气连接的强度，甚至出现脱焊、短路等故障[6]。PCR 实验室常用的设备如生物安全柜、核酸提取仪、基因扩增仪等，要求工作环境温度为15～25 ℃，而且该类设备基本无特殊的低温设计，为保证医疗设备的正常运行，制热系统选择和环境温度保持是PCR 实验室建设的重点。

2.1 选用合理的冷热源

在寒区，冷热源选择通常采用电制冷＋燃气（油）锅炉的方式[7]。在此重点论证热源选择，应根据所在地区能源具体供应情况，结合实验室使用特点，考虑技术条件、经济节能、环境污染等因素，充分论证后予以确定。一般来说实验室热源选择应优先考虑集中供暖，如无集中供暖，需配套独立热源。常见热源选择为燃煤、燃油、燃气的蒸汽锅炉或热水锅炉，但传统的燃煤锅炉容易对周围环境造成污染，不建议采用，从环保角度来讲，燃气锅炉优先级大于燃油锅炉，另外若当地无气源，也无市政集中供热接入条件，也可采用成熟的地源热泵技术，再辅助以电锅炉的方式进行补热[8]。

2.2 空调系统的防寒事项

在寒区，为防止极端寒冷天气冻坏空调系统换热器（表冷段），通常在换热器前端增设电加热器。严寒地区的新风预处理大多使用单一的电辅加热，能耗较高，一般来讲，新风量为1 000 m3/h 时升温5 ℃需要增加1.5 kW 以上的电量消耗。可考虑增加能量回收设计，即回收排风的热量，通常采用分段式回收方式，在选用热回收装置时，应尽量避免选用易产生排风渗透污染的转轮式热回收装置，在进行热回收系统布置时，应尽量使排风管处于负压状态，使新风管路处于正压状态，以最大限度地避免排风渗透至新风中[9]。

2.3 配备独立备用供电系统

为预防突然断电造成设备停止运转的情况发生，在原有供电系统的基础上增加独立备用供电系统。为减少环境污染与能源浪费，建议采用柴油发电机发电方式，根据实验室总体需求情况，优选配套规格型号的寒区专用柴油发电机作为新风系统和核心工作区正常工作的备用电源；另外，核心工作区内的重点设备应配备专用不间断电源，既可以对品质不良的电源进行稳压、稳频以保证该设备的安全运行，也可以在断电条件下保证实验室重点设备的正常运行。

2.4 增加保温隔热设施

外墙墙壁要加装保温隔热层，便于室内温度保持，减少热量流失，保持环境温度相对稳定；外露设备、仪器、管路和对温度敏感的仪器、仪表需要加保温套或用泡沫塑料保温。

2.5 做好空调系统的维护和保养

做好阀门、构件等的维护，防止冷、热水的跑、冒、滴、漏，重点部件表面要定期除尘，过滤器、除污器等设备应定期清洗，并定期检查自控设备与仪表，确保处于工作状态。

2.6 强化试剂日常管理

对实验室试剂存放的保温设备进行经常性检查保养，确保处于良好状态，要求专人负责，每日检查。对于以水为稳定剂的试剂，应采取保温措施，防止容器冻结和开裂，而且试剂使用前要进行充分复溶。

2.7 加强消防器材配备

寒冷干燥的天气容易产生静电，从而引发火灾、爆炸和人身伤害等事故。在实验室建设时，要加强用火管理，严格落实各项消防规定，特别是在涉及化学反应、精制、干燥等操作的重点岗位，应严格执行并加强监督检查，配备实验室专用灭火器材，减少灾害和事故的发生。

2.8 其他注意事项

重视给、排水和气体供应，有关管道应耐压、耐热、耐腐蚀，配有防回流设置。另外，给排水水嘴为非手动式，水槽存水弯、地漏应保持畅通，水封高度为50~100 mm，各房间每日用水完毕注意检查排空，防止结冰。专用气体用有标识明确的高压气瓶供给，并配备气体泄漏报警装置。

3 实验室的基本配置与日常管理

寒区大型PCR 实验室完成基础设施建设后，应按照设计检测能力配备足够的专业人员和医疗设备，根据人员类别、职责分工安排人员工作、休息时间，提高工作人员运转效率和质量，合理压缩辅助人员数量，最大限度发挥医疗设备作用，并建立规范的日常管理守则，保证实验室整体健康、有序运行。

3.1 人员配备情况

人员是PCR 实验室的核心要素，控制着实验室的各个环节。PCR 实验室的工作人员必须是取得PCR 上岗证的人员，刚进入PCR 实验室还没有拿到上岗证的人员，须在专业人员的指导下进行工作。所有人员应严格按照实验室的操作规程操作，实行定人定岗、定期轮换的原则。在人员培训方面，可采取以老带新的方式进行，通过专家授课、理论学习、模拟训练、实际操作等方法，提升检验标准，规范检验流程，提高检测效率，降低传染风险。

PCR 实验室计划配备42 人，其中管理人员4 人（书记1 人，主任1 人，副主任2 人）、实验室人员30人、办公室人员1 人、后勤保障人员5 人（含厨师4人）、库房管理人员2 人（耗材仓库、试剂仓库各1 人）。

实验室人员分组及分工安排：日常每组10 人，分3 组3 班倒的方式，其中试剂准备区1 人，样品制备区8 人，核酸扩增分析区1 人。每班工作时间约8 h，在降低工作人员疲劳度的情况下，最大限度提高医疗设备利用率。按每人每小时100 管的工作量计算，除去消毒、卫生处理等待时间1 h，实验室每日最大检测量为100×8×7×3=16 800 管，能达到日检1.5 万管的要求，遇有特殊任务需要也可以3 组同时展开核酸检测。

3.2 主要设备配置情况

试剂准备区主要承担PCR 实验过程中试剂的配制、分装和保存工作。配备的设备包括：超净工作台1～2 台，迷你离心机1 台，振荡器1 台，-20 ℃冰柜2 台，移液器架、单通道移液器组合（1～10 μL、5～50 μL、10～200 μL、200～1 000 μL）1 套，可调8 通道移液器（5～50 μL）1 把，可移动紫外线消毒车2 台等。

样品制备区主要承担样品核酸的提取、样品的混样和测试样品的制备工作。每个房间主要仪器设备包括：生物安全柜（3 台）、96 孔核酸提取仪（4 台，提取时间21 min）、干式灭菌锅（3 台，工作标准：56 ℃30 min）、可调8 通道移液器（1 把，5～50 μL）、单通道移液器（4 把，200～1 000 μL）、移液器架（4个）、振荡器（2 台）、96 孔板掌式离心机（1 台）、台式高速冷冻离心机（1 台）、恒温设备（1 个）、常温药品冷藏柜（1 台，4～8 ℃）、冰柜（1 台，－20 ℃）、洗眼器（2台）、可移动紫外线消毒车（2 台）。

扩增分析区主要承担核酸扩增反应体系的配制、模板加入和核酸产物的测定工作。配备的设备包括：全自动医用PCR 仪40 台（扩增分析时间为90 min），便携式计算机40 台。

样品通道配备的设备包括-80 ℃超低温冰箱6 台。

消毒间配备的设备包括大型高温高压消毒锅1台以及小型消毒锅4 台。

3.3 实验室的日常管理

（1）仪器设备的管理。PCR 扩增仪、高速离心机、生物安全柜是实验室的主要仪器设备，每次工作前后需用75%的乙醇进行擦拭清洁，工作结束后用紫外线灯进行照射消毒[10]，确保实验室洁净无污染。

（2）试剂耗材的管理。试剂耗材要严格按照要求储存，试剂、标本不混放，不同批号、项目及新旧试剂不混放，先用效期短的试剂后用效期长的试剂。

（3）环境卫生的管理。严格遵守试剂准备区→样品制备区→扩增分析区的单一方向原则，在各区工作人员要区分明确，尽量减少在实验区内不必要的走动，降低交叉污染的风险[11]。

4 结语

本文系统梳理了寒区构建大型PCR 实验室的基本方法、步骤及注意事项，对有效应对重大突发公共卫生事件具有重要意义，且对日益增长的局部生物战争风险起到较好的防范与应对作用。应进一步加强对PCR 实验室建设的研究、论证，总结具体实践经验，提出更加科学合理、快速高效的实验室建设方案，针对寒区的气候特点，制订PCR 实验室防寒抗寒的具体实施方法，为联勤保障部队在寒区条件下构建大型PCR 实验室提供可靠的理论支撑。