PCR實驗室工藝設計研究

張萌，王云飛，張凱

（中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京 100120）

PCR（聚合酶鏈式反應）實驗又稱基因擴增實驗，是一種用于放大擴增特定的DNA片段的分子生物學技術。它的特點將微量的DNA大幅度增加。PCR實驗是分子生物學研究和實驗的常規檢測方法，廣泛應用于醫院、實驗室、藥廠等行業，例如，DNA指紋、親子鑒定、個體識別以及法醫物證，艾滋病、禽病疫、乙肝、癌基因的檢測和診斷，動物、植物檢疫，轉基因作物與轉基因微生物檢測等領域。

1 PCR實驗室工藝布局

PCR實驗室根據其工藝流程主要分為試劑準備區、核酸提取區、擴增區和產物分析區4個單獨的工作區域，其中試劑準備區、核酸提取區為擴增前區，擴增區、產物分析區為擴增后區。PCR實驗室工藝設計核心是控制生物危害，防治病毒污染人員、環境；控制核酸污染試劑、樣本、操作過程，防止影響檢測結果。因此，實驗室各區域只能從試劑準備區→核酸提取區→擴增區→擴增產物分析區，不得逆向流動；各實驗區域要設置緩沖間。

根據PCR實驗室設計經驗，比較理想的PCR實驗室布局如下圖所示。設置一個專用的PCR走廊（非必須項，優先保證緩沖間的面積），試劑準備室、核酸提取室、擴增室和產物分析室規范排列在一起，各工作區設置緩沖間，緩沖間可用于更衣、換鞋等。工作流程按照試劑準備室、核酸提取室、擴增室至產物分析室單一流向進行，每個工作室的儀器設備、實驗用品、工作服和鞋等必須專用。

圖1 PCR實驗室典型工藝區劃圖

2 各工作室的用途和主要儀器設備

（1）試劑準備室。試劑準備室主要承擔PCR實驗過程中試劑的配制、分裝和保存。主要設備包括實驗臺、試劑柜、冰箱、天平、離心機、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樣品核酸的提取，樣品的混樣和測試樣品的制備。主要設備包括實驗臺、冰箱、生物安全柜（或通風柜、潔凈工作臺）、離心機、加樣器、振蕩器、恒溫水浴鍋、紫外燈等。其中生物安全柜、通風柜和潔凈工作臺的選擇與測試樣品的特性有關，生物安全柜主要用于疾控中心、醫學實驗室等；通風柜主要用于植物DNA檢測和檢疫等；潔凈工作臺主要用于對潔凈條件要求較高的PCR實驗。

（3）擴增室。擴增室主要承擔核酸擴增反應的配制和模板加入。主要設備包括實驗臺、熒光定量PCR儀、熒光計、冰箱、生物安全柜（或通風柜、潔凈工作臺）、離心機、加樣器、紫外燈等。

（4）產物分析室。產物分析室主要承擔核酸產物的測定。主要設備包括實驗臺、測序儀、冰箱、離心機、加樣器、紫外燈等。

3 各專業設計要點

（1）建筑、結構。實驗室火災危險性為丁類；實驗室墻體、頂棚結構牢固、氣密性好；墻體內壁光潔、不吸附、易清掃；地面無滲漏、易清掃；實驗室地面載荷為400kg/m2；各實驗室之間設置機械聯鎖不銹鋼傳遞窗，保證試劑和測試樣品在傳遞過程中不受污染。

（2）給排水。各工作室實驗臺設置化驗盆和洗眼器，設置上水和下水點。設置滅火裝置。

（3）暖通。實驗室設置集中空調系統，溫度為20～26℃、濕度為40%～60%、潔凈度為8級潔凈，其中潔凈度為非必須項，可根據試劑使用情況和投資確定。需設置空調機房。實驗室嚴格控制送、排風的比例保證各工作室的壓力，使工作室具備單向的氣流。具體設計要求如圖2所示。

圖2 PCR實驗室通風設計示意圖

（4）電氣。實驗室照度為300Lx；各工作室、傳遞窗設置紫外燈用于殺毒。每個工作室預留10kW電量，共計40kW。每個房間預留電話和網口。

4 結語

本文總結了PCR實驗室典型的工藝布局、各工作室所需的工藝設備及用途、各專業在實驗室設計過程的設計要求。PCR實驗室工藝設計的關鍵在于各個工作室之間具備單向的實驗工藝流、物流、人流與氣流，形成單向流程的保護屏障，避免實驗之間的相互干擾，防止核酸氣溶膠對實驗過程造成污染產生假陽性結果。