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一文讀懂如何建設PCR實驗室

  • 發布時間:2020-09-23
  • 來源:本站
  • 閱讀量:44

4月26日,國家衛健委舉辦全國視頻會議,明確提出“所有縣區級以上疾控機構、二級以上綜合醫院要抓緊進行改造,在短時間內形成核酸檢測能力”。

各地的公立機構檢測能力不能滿足需求只是暫時的,獨立醫學實驗室在充實檢測力量的同時,發揮自己豐富的檢驗管理運營理念,以及區域化覆蓋的經驗優勢,融入到“國家隊”核酸檢測能力的建設中,順勢而為,乘勢而上。

隨著各地都在建立PCR實驗室,本文從硬件基礎的角度,梳理了PCR實驗室建設的幾個關鍵點,獨立醫學實驗室可以運用豐富的運營經驗,進行建設指導、人員梯隊建立、質控體系搭建、區域化服務支持等。

如何建設PCR實驗室

與PCR實驗室建設相關的指導文件主要有四份:

《醫療機構管理條例》

《醫療機構臨床實驗室管理辦法》

《臨床基因擴增檢驗實驗室管理暫行辦法》

《醫療機構臨床基因擴增實驗室管理辦法》

要求臨床PCR實驗室,不但在實驗室設置及儀器設備等硬件上要滿足開展臨床檢驗的條件,而且要求實驗室在日常工作要有文件化的工作程序。

下面就在PCR實驗室建設過程中的幾個關鍵控制點進行闡述:

01

建立PCR實驗室質量管理體系

根據實驗室的具體情況編寫質量體系文件,《質量手冊》、《程序文件》、《作業指導書》,并保證管理體系運行有效。

管理體系的特點是應有明確的目的、規范的管理、有效的制約、高效的機制、能自我發展的整體。

建立完善的SOP文件,對完成各項質量活動的方法作出規定,每個SOP都應對一個或一組相互關系的活動進行描述。

每個SOP文件應說明該項質量各環節的輸入、轉換和輸出所需的文件、物資、人員、記錄以及它們與有關活動的接口關系。

明確每個環節轉換過程中各項因素的要求,即由誰做、做什么、做到什么程序、達到什么要求,如何控制、形成什么記錄和報告,以及相應的審批手續。

規定在質量活動中需要注意的例外或特殊情況的糾正措施。SOP應簡練、明確和易懂并且工作人員熟練掌握和嚴格遵守。

02

PCR實驗室的相關設置

要完成一組PCR實驗,通常需要經過試劑配制、樣品處理、核酸擴增和產物分析4個實驗過程。

這4個實驗過程的實驗用房應相鄰布置,組成一個獨立的PCR實驗區。標準的PCR實驗區包括:試劑準備區、標本制備區、擴增區、產物分析區、各區配套的緩沖區及公共走廊。

PCR實驗室整體平面布局

某醫院PCR實驗室平面布局如圖1所示,整個區域有一個公用走廊,每個獨立實驗區設有專門的緩沖區。通過壓差控制,使整個PCR實驗過程中試劑和標本免受氣溶膠的污染,并且降低擴增產物對人員和環境的污染。

試劑準備區

該實驗區主要進行的操作為貯存試劑的制備、試劑的分裝和主反應混合液的制備。

試劑和用于標本制作的材料應直接運送至該區,不得經過其他區域。試劑原材料必須貯存在本區內,并在本區內制備成所需的貯存試劑。

試劑準備區配備有2~8°C冰箱和-80°C冰箱,計算冷負荷時,需要將它們計算在內。

房間的面積宜控制在15m2~20m2。本區的壓力梯度要求為:相對正壓狀態,以防止外界含核酸氣溶膠的空氣進入,造成污染。

標本制備區

該區域主要進行的操作為臨床標本的保存、核酸(RNA、DNA)提取、貯存及其加入至擴增反應管和測定RNA時cDNA的合成。

標本制備區配備有2~8°C冰箱和-20°C冰箱,計算冷負荷時,需要將它們計算在內。在標本制備區,還需要配備生物安全柜,用于進行提取核酸的操作。

為避免提取的核酸在柜內反復循環,造成標本之間的交叉污染,出現假陽性結果,該區域配備的生物安全柜必須是B2型的。生物安全柜工作區垂直氣流全部來自實驗室,排風經過高效過濾器過濾后直接排至室外,不允許回到安全柜和實驗室中。

根據經驗,如果實驗室內配備生物安全柜,每配備一臺,實驗室的面積增加10m2;標本制備區的面積宜在25m2~30m2之間。本區的壓力梯度要求為:相對于鄰近區域為正壓,以避免從鄰近區進入本區的氣溶膠污染。

擴增室

該區域主要進行的操作為DNA或cDNA擴增。此外,已制備的DNA模板和合成的cDNA(來自樣本制備區)的加入和主反應混合液(來自試劑貯存和制備區)制備成反應混合液等也可在本區內進行。

在巢式PCR測定中,通常在第一輪擴增后必須打開反應管,因此巢式擴增有較高的污染危險性,第二次加樣必須在本區內進行。

擴增室主要配備PCR實驗室的核心儀器PCR儀,本文實例中使用了ABI7500和ABI9700兩種PCR儀。

在實驗室建造過程中,需要給PCR儀配備專門的UPS電源,以保證其正常工作。該區面積控制在15m2~20m2。

本區的壓力梯度要求為:相對于鄰近區域為負壓,以避免氣溶膠從本區漏出。為避免氣溶膠所致的污染,應盡量減少在本區內的不必要的走動。個別操作如加樣等應在超凈臺內進行。建議采用5~10Pa壓差,在控制上比較容易實現。

產物分析區

該區域主要進行的操作為擴增片段的測定。如使用全自動封閉分析儀器檢測,此區域可不設。

在室內配備通風櫥,保證房間內的相對負壓,空氣從室外流向室內。該區面積控制在15m2~20m2。

本區是最主要的擴增產物污染來源,因此對本區的壓力梯度的要求為:相對于鄰近區域為負壓,以避免擴增產物從本區擴散至其它區域。建議采用5~10Pa壓差,在控制上比較容易實現。

03

正負壓區域緩沖室的設置

根據壓力梯度的要求,試劑配制室和樣品處理室為相對正壓,擴增室和產物分析室為相對負壓,要求正壓的區域和要求負壓的區域的緩沖室內的壓力設計大不相同。

正壓緩沖室符合一般正壓潔凈室的緩沖原則,主要是防止室外環境空氣中的氣溶膠進入室內。正壓緩沖室的布置如圖2所示。

圖表2、正壓緩沖室的布置圖

負壓緩沖室則是要求緩沖室對核酸擴增室及產物分析區保持正壓,對緩沖室外也保持正壓(主要是滿足室內凈化需要,如室內無潔凈要求,此處可以為0壓)。負壓緩沖室的布置如圖3所示。

04

污染的預防與控制

PCR實驗室設計的核心問題是如何避免污染。在實際工作中,常見的有以下幾種污染類型:擴增產物的污染;天然基因組DNA的污染;試劑的污染以及標本間的污染。因此要避免污染,首先應是預防,而不是排除。

工作區域的嚴格劃分,各個實驗區域要有明顯的標記(如醒目的門牌或不同的地面顏色等),以避免各個不同實驗區域設備物品、試劑等發生混淆。

合理的系統設置,合理的空調通風系統設置,盡量采用全送全排的空調系統;嚴格的氣流壓力控制,保證不同的實驗區內不同的壓力要求。

規范的操作,臨床基因擴增檢驗實驗室的技術人員必須進行上崗培訓,在實驗操作過程中,操作者必須戴手套,并經常更換。清潔工作及時、正確。實驗工作結束后,必須立即對本區進行清潔。

嚴格的管理:嚴格控制進出實驗室的人員。在各個實驗區域使用帶有明顯區別標志的工作服(如不同顏色),當工作人員離開時不得將本區的工作服帶至其它區域;盡量減少在實驗區內不必要的走動以減少交叉污染的可能性。擴增產物分析區是最主要的擴增產物污染來源,廢液不能在實驗室中傾倒,必須經消毒液浸泡消毒后在遠離實驗室的地方棄掉,用過的吸頭等一次性材料也應經消毒液浸泡消毒后統一處理,如焚燒等;

總之,實驗室建設是一個復雜的問題,這里不討論人員的問題,實驗室人員的培養與沉淀,也需要一個過程,在建設的過程中要因地制宜,不要生搬硬套,結合自己的實際慢慢摸索出適合自己發展的建設思路。科學合理建設實驗室,更好的發揮實驗室的作用。


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