单流向一体化临床定量PCR实验室的优化设计与设备配置

一 生 物 防 护 防 疫 装 备 单流向一体化临床定量PCR实验室的优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与设备配置 江其生 金济民z 李峰生 毛立新： 鲍伟国2 (1．解放军二炮总医院 北京市 100088；2．杭州博 日科技有限公司 杭州市 310053) 摘要 定量PCR技术以其高特异性、高灵敏性以及高自动化等特点在临床病原微生物诊断、部分遗传性疾病诊断和癌 症辅助诊断等方面得以广泛应用。设计和建立符合相关 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的临床定量PCR实验室不但是相关基因扩增、检验的需要． 而且是保障生物安全和保持检测结果准确性的需要。文中介绍了优化设计的单流向、一体化I临床定量PCR实验室的结 构布局、内部设施以及温度、噪音等人体适应性指标 关键词 定量PCR：实验室：优化设计 中图分类号：TH776；R一331 文献标识码：A 文章编号：1003—8868(2006)09—0034—03 Optimization design and structural requirement for clinical fluorogenic quantitative polymerase chain reaction Iaboratory JIANG Qi—sheng’，JIN Ji-min ，LI Feng-sheng’。Mao Li—xin 。BAO Wei—guo (1．General Hospital of the Second Artillery，Beijing 1 00088，China；2．Hangzhou Bioer Technology Co．，Ltd， Hangzhou 31 0053，China) Abstract Fluorogenic quantitative polymerase chain reaction (FQ-PCR)is an emerging technique with high specificity， susceptibility，automatism and has been widely used for the detection and quantification of microorganism，some genetic dis— eases and cancer．卟e design and establishment of standard FQ-PCR laboratory are required not only by gene expansion and diagnosis but also by biosafty and veracity．The aim of the paper is to introduce the structural characteristics．instruments re— qulrement and comfort parameters of FQ-PCR laboratory． Keywords fluorogenic quantitative polymerase chain reaction；laboratory；optimization design 1 前 言 聚合酶链反应fP0lvmerase 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．能将 目的基因或 基因片段在1—2h内扩增至十万至百万倍，从而用于基因表达 的检测 。荧光定量PCR fFluorogenic Quantitative Polymerase Chain Reaction。FQ—PCR1于1996年由美国Applied Biosystems 公司推出。该技术使PCR实现了从定性到定量的革命性飞跃， 融汇了PCR的高灵敏性 、DNA杂交的高特异性和光谱技术的 高精确性等优点，自动化程度高，操作简便 ．已广泛应用于生 物学、考古学、法医学、生物医学等领域 ]．近年来定量PCR技 术在临床医学中得以快速应用，特别是在肝炎、结核、艾滋病、 性病、SARS等病原微生物诊断以及部分遗传性疾病诊断和癌 症的辅助诊断等方面。但定量PCR摸板(样本)容易受气溶胶 污染从而有可能影响检测结果的准确性。此外，待检标本中可 能含有的传染性病原微生物有可能危害工作人员健康和污染 环境，因此 。建立单流向、一体化的临床定量PCR实验室是安 全准确进行基因扩增检验和保障生物安全的重要 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。 目前，在我国16 000多家医院中有400多家医院建立了临 床PCR实验室，但大部分实验室是以铝合金或彩钢等建材简 单在室内分隔而成，缺少单向气流控制系统、单向物品传送系 统和生物安全系统，全国只有少数几家医院建立了单流向、一 体化的临床定量PCR实验室。2005年，我们优化设计并建立了 单流向、一体化并具备完善生物安全保障系统的临床定量 作者简介：江其生，博士后。硕士生导师，主要从事分子生物学研究丁 作；金济民。工程师，主要从事PCR实验室设计建造工作。本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 由国家自然 科学基金项目(30271479)和全军后勤“十一五”重点项目(06-06)资助。 A 医疗卫生装备·2006年第27卷第9期 、J。T Chinese MedicaI EquipmentJournal-2006 Vo1．27 N0 ．9 PCR实验室。该实验室不但一次性通过国家卫生部临床检验 中心认证 ．而且通过检~J326份临床标本和对照标本证实实验 结果准确 、质量控制理想、运行平稳 ：并通过了国家卫生部组 织的实验室间质量考评。 2 临床定量PCR实验室的设计原 则与布局 临床定量PCR实验室不但是扩增基因的场所，而且是保 证基因扩增检验质量和保障生物安全的重要条件。在大小、布 局、设置、工作规范、操作程序和管理制度等都方面需要符合 有关临床PCR实验室的设置 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。这些要求包括：国家卫生部 颁发的 《临床基 因扩增检验实验室管理暂行办法》(卫医发 『2002110号 )、《临床基 因扩增检验实验室工作规范》(卫检字 『2002]8号 )和 《临床基因扩增检验实验室基本设置标准》 (2002—1—14)。临床定量PCR实验室应具备以下条件：标准的 实验室设计设置、专业的技术人员、标准操作程序(SOP)和质 量管理文件等。 临床定量PCR实验室设计、建造的总原则是：理想的布局结 构、标准的风向设置、严谨的防护措施、简明洁净的外观、合适 的环境条件与参数等．具体包括建设好“3个实验区”(试剂准备 区．标本制备区和PCR扩增区及其各 自缓冲区)和“3个系统”(单 向气流控制系统、单向物品传送系统、生物安全控制系统)。 2．1 3个实验 区的优化 设计 我们设计建造的临床定量PCR实验室主体结构由彩钢 、 铝合金型材和玻璃等材料一体化建成(见图1)，四角采用铝合 金圆角立柱支撑，结构牢固，密封性好。实验室总耗电功率不 大于5kW，噪音小于60dB。外形尺寸为 ：5．85m(长)、3．55m(宽)、 2．65m(高)．．并设有专用单向通道并建立有各 自独立的3个实验 维普资讯 http://www.cqvip.com 生 物 防 护 防 疫 装 备 一 图1 单流向一体化临床定量 PCR实验室主体结构 PCR扩增区 标本制备区 试剂准备 区 -流 鎏、 鎏、． — — — 向—— 一 向 一 一向 一 缓冲区Ⅲ 缓冲区1／ 缓冲区I L；-Ill走廊 + — — —— 工作流向 图2 单流向一体化临床定量PCR 实验室功能分区示意图 区(见图2)：试剂准备区 (见图3)，标本制备区(见 图4)和PCR扩增 区(见 图 5)。3个实验区前分别设 置各自缓冲区．分别为缓 冲区I、II、III，缓冲区可供 工作人员更换工作衣及 放置移动性紫外消毒灯 使用。试剂准备区为配制 实验试剂的场所，在正面 墙壁上安置有耐酸碱实 验台。标本制备区为标本 处理场所 ，出于生物安全 要求．所有标本操作应在 1iI3 试剂 准备 区设置 图4 标本制备区设置 一 一 1It5 PCR扩增 区设置 图6 气流控制 系统 生物安全柜 内进行 ，在 该区右侧安置 有 1实验 台 ，用 于放 置小 型离心机和恒温金属浴锅。PER扩增区为扩增、检验 目的基因 的场所 ，在左侧实验边台上主要放置PER仪等。各区大小 ‘按 使用要求和房间面积进行适当调整，正常的工作流程是 作 人员由试剂准备区至标本制备区至PCR扩增区。 2．2 单向气流控 制系统设计 为减少 和控制标本 污染 以及 出于生物安全 防护的需要 ． 在定量PER实验室中安置有单向气流控制系统，该系统由带 滤网的排风扇(图6)组成，单向气流方 向为：试剂准备区空气 流向缓冲区 I，标本制备区流向缓冲区Ⅱ．缓冲区Ⅲ流向PER 扩增区。工作时，缓冲区I、缓冲区Ⅱ、PER扩增区的排风扇往 外排，使其成为负压状态，其它各区成为正压或“0”压。在实验 区的外墙上和各扇门上都安装有可调的回风口，空气通过回 风 口向室内换气。 2．3 单向物品传送 系统设计 在试剂准备区与标本制备区、标本制备区与PCR扩增区 之间安置有电子连锁不锈钢传递窗，以单向进行试剂 、标本等 物品传送，配制的试剂通过单向传递窗由试剂准备区传递到 标本制备区，处理过的标本通过单向传递窗由标本制备区传 递到PER扩增区。单向物品传送系统既保障了标本试剂不受 污染，又保障了标本试剂不污染环境。 l●I I_日 j-一I-】j l【■ lllll： 2．4 生物安全控 制系统设计 临床定量PCR实验室生物安全控制系统 由生物安全柜、 固定式紫外灯和移动性紫外灯及单向气流控制系统等组成。 生物安全柜为II级全排型．内部洁净度可达100级，平均风速 0．39+20％m／s，高效过滤器可过滤空气中的微粒 ，烟雾和微生 物，2层ULPA滤膜效率可达99．9995％以上，排风管道采用密封 连接的负压管道．安全柜内0％的气体循环，100％气体经滤过 排出室外．以有效防止气溶胶对标本的污染及标本对人员和 环境的危害。在3个实验区和3个缓冲区顶部以及生物安全柜 和传递窗内部安置有40W紫外灯，供消毒使用。试剂和标本通 过电子连锁不锈钢传递窗传递．以保证试剂和标本在传递过 程中不受污染。在试剂准备区、标本制备区和PCR扩增区内设 置有移动紫外消毒灯，以对实验桌面等进行局部消毒。 3 标准定量PCR实验室的设备与物品配置： 在标准定量PCR实验室的3个实验区及其缓冲区顶部均安 装有照明灯、紫外灯、排风扇．在3个缓冲区内应设置有挂衣架和 物品盒。各实验区还应预留有电话、网络、空调管路等接iSl。 3．1 试剂准备区的设备与物品配置 试剂准备区的设备与物品配置包括：实验操作台、与标本 制备区相连的传递窗、冰箱(2℃一8℃和一20℃)、离心机、移液 器、震荡器、可移动紫外灯、离心管、废液缸、垃圾筒、专用工作 服和工作鞋、消耗品(带滤芯吸头、一次性手套等)、专用实验 记录本、记录笔等。 3_2 标本制备区的设备与物品配置 标本制备区的设备与物品配置包括：生物安全柜(Ⅱ级全 排)，实验操作台、移液器、冰箱(2℃～8℃和一20℃)、震荡器、恒 温金属浴或水浴、废液缸、可移动紫外灯、离心管、高速冷冻离 心机、垃圾筒、专用工作服和工作鞋、消耗品(带滤芯吸头、一 次性 手套等)、专用 实验记录本、记录笔等。 3．3 样本扩增区的设备与物品配置 样本扩增区的设备与物品配置包括 ：定量PER扩增仪 (BIOER FQD一33A)、电脑、可移动紫外灯、打印机、废液缸、垃 圾筒、专用工作服和工作鞋、消耗品(一次性手套等)、专用实 验记 录本 、记录笔等。 以上各区设备与物品配置见图7。 4 结束语 图7 定量PCR实验室各区的设备与物品配置示意图 设计和建立具有单向气流控制系统、单向物品传送系统、 生物安全保障系统的。[~ PCR ( 下转第 39页 ) 医疗卫生装备·2006年第27卷第 9期 F-, Chinese Medlca1 Equipment Jo-rna1·2006 Vo1．27 No．9 u u 维普资讯 http://www.cqvip.com 医 院 数 字 化 ～ 用无线领夹话筒、拾音探头、免提电话分别采集多路音频信 号．通过抗干扰强的音频传输线缆采集到中心控制室调制 柜，与相关的视频信号复合进入频道调制。 1_2 音、视频信号的调 制、混频与分配 首先进行信号的分配处理，通过音、视频分配器对音视 频信号进行一分二处理 ，其中一路进入DVR系统，为网络传 输做准备 ；另一路信号进行音、视频整合处理进人调制器 ， 混合后的射频信号经独立敷设 的传输网到各个收看点。采 用硬盘录像机作为网络连接处理设备 ，通过硬盘录像机联 网接人校园网，在网上确定工作站，通过安装相应收看软件 观看 。 1．3 射频信号的干放与网络传输 信号首先进行干线放大处理，经过分配分支的方式传输 到终端位置，减少终端与终端的信号相互关联和影响，减少信 号衰减 ，确保终端电平值。用户电平是设计用户分配网络的重 要依据，用户电平太高 ，电视机的高频放大部分都工作在非线 性工作区，会产生互扰调制和交扰调制；用户电平太低，会使 电视机的内部噪音起作用，形成雪花干扰。按国家GB50200— 94标准规定 ，CATV系统提供给 用户 的电平 范围为60一培0 dBpN．根据近、远端具体地理位置场强分布，设计最远距离达 到70 dBpN左右 的用户电平。 用户电平可通过以下公式计算得到： Sn=S0一∑Lp一∑Ln一∑ +∑Gf-Lz—L Sn：用户端电平 S0：前端混合器输出电平 ∑Lp：总的分配损耗 ∑Lx：总的电缆线损耗 ∑Gf：放大器的总增益 Lz：分支损耗 L：衰减器的衰减量 ∑Ln：总的分支器插入损耗 根据分支分配器的特点，分配损耗小，有利于高电平输 出．但分配器输出端不适宜直接用于用户终端，本系统采用分 配分支的整体解决方案。前端分配，后端分支处理。 前端调制器最大输出电平约120dB~V，混合器损蒂 约 15dBI~V．放大器的增益约25dBIxV，6路分配器的分配损耗约 10dBpN，分支器分支损耗约12dBIxV，分支器插入损蒂 约 3dBIxV，同轴线缆75—9每100m在800MHz传输下衰减1ldBt~V， 同轴线缆75—7每100m在800MHz传输下衰减14dB~V，同轴线 缆75—5每100m在800MHz传输下衰减20dB~V。 根据以上参数．设计本系统传输网络，可完全确保用户电平。 鉴于科教中心和教学培训基地距离较远 (约300～400m)， 采用光纤传输的解决方案 ，用1路光纤发射系统 ，经过光分配 ·+ *+ -+ -+ -+ -—+--+ -+ --4 (．．．．上接第 35页．．．．) 实验室不但是扩增检验相关病原体的需要，而且是生物安全 和保证PCR检测结果准确性的需要。设计和规范临床定量PCR 实验室对全国范围内正在兴起的临床定量PCR实验室的建设 具有一定 的指导意义。 参考文献 1 Branford S，HuIghes T．Diagnosis and monitoring of chronic myeloid leukemia by qualitative and quantitative RT-PCR [J1．Methods Mol ● ．J- ● ．】【tll ●嘲 lL． 设备传输，分别采用光接收系统接收。 1．4 终端接收声像显示 (1)在大楼各医生办公室、主任办公室、各科室示教室、科 教中心 、阶梯教室 、教学培训基地及 国际会议交流 中心均统一 设置射频观看点，主要通过电视机 、投影机接收。 (2)其它特定办公室可通过内部网络实现观看。 2 技术 指标 输出最大 电平 ：120 dBpN； 输出电平可调节范围 ：0～20dB~V； 寄生输 出抑制 比：≥60dB； 邻频抑制比：≤一45dB； 图像载频准确度： +5kHz(VHF带内)； 视频输入电平：1．0 Vp—P≤10kHz(UHF带内)； 视频信噪比：≥55dB： 视频带 内平坦度 ：~ldB； 视频箝位能力 ：~26dB； 视频调制度范围：0^ _¨90％连续可调； 音频输入电平 ：I>0．5Vp—P； 音频谐 波失真 ：0．5％； 音频频率响应 ：_+ldB； 音频信噪比：≥60dB； 主干射频传输用线：SWYV75—7； 分支终端射频传输用线：SWYV75—5； 远程光纤传输线：4芯单模光纤； 正向60频道传输频段：V段和U段； 节目频道间隔频率：8MHz。 3 讨论 古人云：“凡事预则立 ，不预则废”，在现代化病房大楼的 规划建设过程中，不仅要对 自动监控、信息网络等智能弱电系 统给予高度重视．也应充分考虑到现代教学示教、学术交流等 对医学声像信号的实时双向同步传输的需求，否则 ，将会导致 重复建设或更新改造带来的损失。 参考文献 1 邱峰，田捷，曹勇，等．PACS系统综述．中国医学影像技术，2000，16 (1)：73-75 2 胡俊峰．医学影像实时采集与网上传输系统的研究．医疗卫生装备， 2004，25(11)：45 (2006—04—03 收稿 2006—07—3 1 修回) Med．2006．125：69—92 2 Zhang T．Fan g HH．Applications of real—time polymerase chain re- action for quan tification of microorganisms in environmental samples [J1．Appl Microbiol Biotechnol，2006，70(3)：28 1-289 3 Lopez—Andreo M，Lug0 L，Garrido-Pertierra A，et a1． Identification and quantitation of species in complex DNA mixtures by real—time polymerase chain reaction[J]．Anal Biochem，2005，339(1)：73～82 (2006—04—12 收稿 2006—08—09 修回) 医疗卫生装备‘2006年第27卷第9期 Q Chinese Medical Equipment Journal·2O06 VoL27 No．9 u 维普资讯 http://www.cqvip.com