PCR实验室分区布局与暖通设计

PCR 实验是专门用来检验艾滋病、乙型肝炎、禽疫病、COVID-19等病毒感染性疾病的一种检测手段。

PCR(Polymerase Chain Reaction) 即 聚合酶链式反应，又称无细胞分子克隆系统或体外酶促基因扩增法。是分子生物学研究和实验的常规方法，也是生物学、医学临床等领域广泛应用的实验技术。

PCR 实验又称临床基因扩增实验，通过将病毒体内所含的基因进行扩增，即将微量的DNA大幅增加，以测出一些病毒含量不高的感染者体内是否含有特定的病毒。

实验室功能区域模块化设计：

通道设计：

实验室区域分配：非洁净室和洁净室分开设计，工作人员、患者合理流向和样本的转运流向，做到人流、物流分开，人流、物流合理，污染物品与洁净物品分离，避免交叉污染。

人流通道：实验室生物安全通道和消防逃生通道。

物流通道：物资流向通道、标本流向通道和污物流向通道。

1. 非洁净室和洁净室分开设计

办公区（左）、缓冲区（中）和工作区（右）分区。

2. 样本、消防和物流通道

3. 清洁通道

分区布局和设计：

临床实验室分为生活区、检测区、污物储存和处理区，这三个区之间可以以线型、L型或夹角型方式排列。

1. 检测区的布局和设计

检测区是致病因子污染风险最高的区域，包括实验室的工作台面、工作人员的工作活动区域。

临床实验室工作台和附属设备的质量、类型和布局影响着实验室的安全性、工作质量和舒适性。

2. 生活区的布局和设计

临床实验室的生活区，是没有被致病因子污染的区域，又称清洁区，指工作人员吃、喝、拉、撒、睡觉、休息、穿衣换衣、学习讲座和供应品储存等的区域，如男女更衣室、办公室、会议室或学习室、休息室、就餐室或区、卫生间、清洁物质库房、文件室等。

3. 库存区的布局、设计和管理

临床实验室需要储备一定数量的清洁物品（实验用品和文件等）和污物（样本和需要洗涤或高压灭菌的污物），应设置专用的库房。

根据保管物品的不同，可分为普通仓库（存储实验耗材）、冷藏仓库（存储实验试剂）、危险品仓库（存储易燃易爆化学物品或试剂）等。

临床实验室库房设计时还需要考虑消防、空调、采光等因素，设置一些安全设施，如防火墙、灭火器、排水口等。

（1）清洁物品库（实验用品和文件等）

（2）试剂库

（3）冷藏仓库

（4）标本仓库

（5）污物库存区

医疗废物的处理：由专门的医疗废物暂存处，存放废弃标本，储存时间和条件均符合相关政策要求，保证质量和安全。

通讯系统设计和管理：

应遵循适开放性、实用性、先进性、可靠性、扩展性和安全性原则。

注意贯穿分析前、中、后的各个环节和关键点；

与医院信息系统（HIS）对接；

考虑服务器的存放位置，做好布线工作。

检验业务流程包括门诊检验流程、住院检验流程，与医院信息系统的接口流程。

空气流向的设计和管理：

通风设计的目的：及时排出各种有毒的、有腐蚀性的、刺激性的物质或具有生物危害的气溶胶，保护人、环境和设施。

实验室的通风方式：局部排风和全室通风。

局部排风：通风柜或生物安全柜和排气扇。

全室通风：自然通风和机械通风。

理想的PCR实验室空气流向设计A：

理想的PCR实验室空气流向设计B：

实验室空调通风系统的设计要考虑主要因素：

（1）保证实验室安全性，保证一定数量的换气次数。

（2）解决实验室通风系统负压的设计和系统控制。

（3）满足换气次数和全新风条件下，控制能耗。

（4）系统稳定可靠。

供电系统的设计和管理：

电力系统：照明用电、动力用电和设备用电

电力系统设计要科学计算负载及相匹配的电网线、开关、插座。

总的安全原则：要有合理的用电回路；要设置切断电源的总闸刀和电源安全保护；要满足设备对电源压降的要求；要配备应急电源系统（UPS）；要有防雷及接地系统。

水系统的设计和管理：

临床实验室可选用不同级别的试剂水；

NCCLS 临床实验室试剂水规格；

临床实验室纯水的制备：蒸馏法、离子交换法、电渗法、活性炭吸附法、反渗透法、超过滤法、纯水器系统；

实验室废液、污水的处理和排放。

临床实验室建立用水制度，明确规定水质检测的标准及频度，加强用水质量管理。

正确选择和合理使用不同级别的实验用水是保证检验质量的基础。

1 ）实验室给水设计：

(1)BSL-3 、BSL-4应该保证两路水源的单独供水，这样是为了避免两路供水管同时发生故障而不能满足供水需求。在进行设计时，要采用双路水源独立供水，在独立双路水源的供水条件具备时，应该则另设出水量可供两天以内实验用水的专用高位水箱的备用供水，为保证供水的压力，要同时设稳压增压装置。

(2) 根据实验工艺要求，BSL-3、BSL-4一般划分为清洁区、半污染区和污染区。进入半污染区和污染区的给水管道要设置独立系统，同时要在供水管进入半污染区和污染区之前进行有效的防止倒流污染的装置设施。给水管检修阀门都应设置在实验室以外的设备管道层等安全区以内，以方便对给水管道进行检修。

(3)BSL-3 、BSL-4的半污染区和污染区的给水管路用水点的位置应该设置止回阀。

2 ）实验室排水设计：

进行系统设计的时候，要遵循以下原则：

(1)BSL-3 、BSL-4主实验室内部不应该设置地漏。为防止实验室内地漏存水的弯头干枯而造成气流串流，排水应采用容器集中进行收集，同时进行灭菌处理后再排放，以保证排水的水质能够达到排放标准。

(2)BSL-3 、BSL-4的主实验室的污染区和半污染区的废水的污染风险最大，应该集中收集，并进行有效的杀菌消毒处理。而洗手、冲眼装置及动物实验等所产生的废水，都不应应设排水管道排水，而要用集水罐进行收集，对集水罐要定期进行杀菌及无害化的处理。

(3) 消毒杀菌的装置应当设置在最低处，同时要方便污水的收集，并且要便于检查和维修。

国家关于PCR实验室建设及管理的现行技术规范和标准：

《临床基因扩增检验实验室管理暂行办法》 卫生部

《临床基因扩增检验实验室基本设置标准》

《临床基因扩增检验实验室工作规范》

《医疗机构临床基因扩增检验实验室管理办法》卫办医政发【2010】194号

《医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则》

《生物安全实验室建筑技术规范》 GB50346-2011

《实验室生物安全通用要求》GB19489-2008

《洁净厂房设计规范》GB50073—2013

实验室应严格遵循法规和《病原微生物实验室生物安全管理条例》（国务院令第424号）、WS233-2017《病原微生物实验室生物安全通用准则》和《医疗机构临床实验室管理办法》等要求，强调生物安全性水平，满足紧急清除和疏散出口的建筑规则，针对各实验室情况配备安全设备，避免危险生物因子造成实验室人员职业暴露和向实验室外扩散并导致危害。

微生物实验室的设计和空间利用：

微生物实验室：主要由准备室、洗涤室、灭菌室、无菌室、恒温培养室和普通实验室组成。

微生物实验室要求室内地板和墙壁的质地光滑坚硬，仪器和设备的陈设简洁，便于卫生清洁。

结核实验室：

结核病实验室工作区包括涂片实验室、分离培养实验室。

结核病实验室除常规分枝杆菌检查项目外，还应承担其它结核病诊断新技术、新方法的实施和基础研究，承担分枝杆菌菌种鉴定工作。

结核分枝杆菌大量活菌操作须在BSL-3环境中进行，而样本检测，如涂片、显微镜观察、病原菌分离纯化、免疫学检测、PCR核酸提取等初步检测活动，可以在BSL-2中进行，药物敏感性试验、生化鉴定建议在有负压的BSL-2实验室中进行。

PCR 实验室区域设计原则：

试剂储存和准备区：用于配制试剂的区域。

标本制备区：核酸提取、贮存、加入反应管。

扩增区：cDNA合成、DNA扩增及检测。

扩增产物分析区：扩增片段的进一步分析测定。

核酸扩增检测实验室设计的一般原则：

各区独立，注意风向，因地制宜，方便工作。

PCR 实验室的空气流向和工作行走方向：

按照试剂储存和准备区→标本制备区→扩增区→扩增产物分析区进行（或压力递减），防止扩增产物顺空气气流进入扩增前的区域。

可通过安装排风扇、负压排风装置或其他可行的方式实现。

PCR 实验室的空气流向和工作行走方向图：

各区功能和仪器设备要求：

1. 试剂储存和准备区的设备：

2 ～8℃和-20℃以下冰箱；

混匀器、微量加样器（覆盖0.2～1000 μ l ）；

可移动紫外灯（近工作台面）；

耐高压处理的离心管和加样器吸头；

一次性手套专用工作服、工作鞋(套)；

专用办公用品。

2. 标本制备区的设备：样本混合、核酸纯化气溶胶污染。

2 ～8℃冰箱、-20℃或-80℃冰箱；

高速离心机、混匀器、水浴箱或加热模块；

微量加样器（0.2～1000 μ l ）、超声波水浴仪；

可移动紫外灯（近工作台面）、生物安全柜；

耐高压处理的离心管和加样器吸头（带滤芯）；

一次性手套、专用工作服、工作鞋(套)；

专用办公用品。

3. 核酸扩增区的设备：

核酸扩增仪、微量加样器（0.2～1000 μ l ）；

可移动紫外灯，近工作台面；

耐高压处理的离心管；

加样器吸头（带滤芯）、一次性手套；

专用工作服、工作鞋(套)；

专用办公用品。

4. 产物分析区的设备：

微量加样器（覆盖0.2～1000 μ l ）；

可移动紫外灯（近工作台面）；

消耗品：一次性手套、加样器吸头（带滤芯）；

专用工作服、工作鞋（套）；

专用办公用品等；

酶标仪、洗板机、凝胶成像系统。

样本采集室的设计和空间利用：

样本采集室的位置和空间影响检验结果的准确性。应充分考虑到服务流程、有利于样本采集和运送。

样本采集室选址要合理，选择一个独立的、干净的、安静的和专用的环境进行静脉穿刺。

儿童患者应考虑合理的隔音房间，充分考虑到患者的舒适性和安全性。门诊和急诊病人的血液样本采集，最好在诊断室附近的专用的、独立的样本采样室内完成。

临床样本采集室应能满足标本采集流程工作和功能分区的需要，平面与空间要设计舒适合理，有利于进行实验室安全管理。

样本采集室的布局和设施：

项目实例平面布局：

PCR 实验室暖通设计：

《医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则》：“对于涉及临床样本的操作，应符合生物安全二级实验室防护设备、个人防护和操作规范的要求。”

《生物安全实验室建筑技术规范》 GB50346-2011：

《临床基因扩增（PCR）检验实验室规范》：

标本制备区：“可通过在本区内设立正压条件避免从邻近区进入本区的气溶胶污染。”

扩增区：“可降低本区的气压以避免气溶胶从本区漏出。”

扩增产物分析区：“采用负压条件或减压情况下(如安装排风扇)可减少扩增产物从本区扩散至前面区域的可能性。”

PCR 实验室室内设计参数：

空调负荷构成：

围护结构负荷；人员负荷（一般少于常规）；照明负荷；设备负荷（冰箱、仪器设备）；新风负荷（最大组成部分）。

全空气系统：

三级过滤（初效+中效+高效）；

空调风机变频，选用运行曲线陡降型；

对于设有生物安全柜的房间设置独立的变风量新风系统；

全面排风与生物安全柜排风分开设置。

净化风机盘管+变风量新风系统：

净化风机盘管送、回风口可以采用低阻高中效过滤。

超低阻高中效过滤器对大气菌的过滤效率达到95%。

净化风机盘管+变风量新风系统：

净化风机盘管送、回风口可以采用低阻高中效过滤器；

新风系统根据房间内生物安全柜的运行情况变频运行；

全面排风与生物安全柜排风分开设置。

全面通风：

换气次数≥6次/小时；

送风采用新风机组经热、湿处理及三级（初效+中效+亚高效）过滤后送入室内；

排风口设置于房间的下部，且在排风口设置高效过滤器；

新风机组和排风机均采用变频机组，以应对工况的改变。

局部排风：

生物安全柜，柜口面风速≥0.5m/s；采用Ⅱ级B2型生物安全柜；

生物安全柜排风系统单独设置，高空排放，且在排风入口设置高效过滤器，室外排风口高于所在建筑物屋面2m以上；

多台生物安全柜并联运行时应采用变风量排风系统，其新风补风系统也应变风量运行。

新、排风系统变风量运行示意图：

气流组织设计：

为避免交叉污染，PCR实验室空气流向必须严格遵循单一方向进行，即只能从试剂贮存和准备区→标本制备区→扩增反应混合物配制和扩增区→扩增产物分析区。

气流组织采用上送下排，送风口和排风口布置应使室内气流停滞的空间降低到最小程度；

在生物安全柜操作面或其他有气溶胶操作地点的上方附近不得设送风口；

高效过滤器排风口应设在室内被污染风险最高的区域，单向布置，不得有障碍。

压差控制：

缝隙法计算：缝隙法计算实验室及缓冲间保持一定压力时所需要的送风量和排风量。

计算公式：

（ASHRAE handbook-HVACapplication）

其中：△P-压差（Pa）

P- 空气密度，取1.2kg/m ³ ；

V- 流量，m ³ /h；

A- 根据缝隙宽度计算的泄漏面积，m ² ；

μ- 常数，取0.72；

安装压差控制器：测量实验室、缓冲间与参照区域间的实际压差，和设定值进行比较，根据控制器的PID运算得出偏差值，以此为信号控制送风阀的动作，进而对房间送风量及送/排风量差进行调节，从而最终控制房间的压差值。

条件：

闭环控制；变风量调节阀响应时间小于1S；风量平衡相应时间小于3S。

空调及通风系统采用间歇运行：

全空气系统空调箱内宜设置光催化空气杀菌消毒类装置；净化风机盘管宜在回风口设置光催化空气杀菌消毒类装置。