基因扩增实验又称PCR实验,具有灵敏度高、特异性高、快捷、对样品要求低等优点,在疾病防控、检验检疫、动物健康、食品安全等公共卫生领域的应用越来越广泛。但PCR实验需要有能保证绝对安全、配置合理的实验室和非常规范的操作为前提,因此,建立一个高标准符合规范的PCR实验室,已经成为一个普遍性需求。
现在以临床样本PCR检测实验室为例,来介绍PCR实验室的设计原则。
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临床基因扩增检验实验室原则上分为四个单独的工作区域:试剂贮存和准备区、标本制备区、扩增区、扩增产物分析区,如使用全自动分析仪,区域可适当合并。为避免交叉污染,进入各个工作区域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→扩增区→扩增产物分析区。各实验区之间的试剂及样品传递应通过传递窗进行。
在理想情况下,PCR实验室试剂准备、标本制备、扩增三个区域可设置缓冲间。
·各工作区域完全相互独立;
·各工作区域之间无条件设置缓冲间;
·按各区域要求设置实验室压力;
·若各区紧密相连,需安装物品传递舱;
·人流、物流单一方向流动;
·各区仪器设备、清洁用具明确标记,不得混用;
·各区使用不同的实验服,实验服不得带出
·工作结束后立即清洁
2.1 试剂贮存和准备区
区域功能:
本区对与气流压力的控制,没有严格要求。
仪器设备:
超净工作台 高速离心机 电子天平
2~8℃和-20℃以下冰箱 混匀器 微量加样器(覆盖0.2-1000µl)
可移动紫外灯(近工作台面) 专用工作服和工作鞋 专用办公用品
消耗品(一次性手套、耐高压处理的离心管和加样器吸头)
2.2 标本制备区
区域功能:
临床标本的保存、核酸(RNA、DNA)提取、贮存及其加入至扩增反应管和测定RNA时cDNA的合成。 临床样本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。具有潜在传染危险性的材料:必须在生物安全柜内开盖,并有明确的样本处理和灭活程序。
本区的压力梯度要求为:相对于邻近区域为正压,以避免从邻近区进入本区的气溶胶污染。
仪器设备:
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 可移动紫外灯
生物安全柜 专用工作服和工作鞋 专用办公用品
超声波水浴仪 消耗品(一次性手套、耐高压处理的离心管和加样器吸头)
2.3 扩增区
区域功能:
该区域主要进行的操作为DNA或cDNA扩增。此外,已制备的DNA模板和合成的cDNA(来自样本制备区)的加入和主反应混合液(来自试剂贮存和制备区)制备成反应混合液等也可在本区内进行。在巢式PCR测定中,通常在第一轮扩增后必须打开反应管,因此巢式扩增有较高的污染危险性,第二次加样必须在本区内进行。
本区的压力梯度要求为:相对于邻近区域为负压,以避免气溶胶从本区漏出。个别操作如加样等应在超净台内进行。
仪器设备:
荧光定量PCR仪 PCR扩增仪 超净工作台(生物安全柜)
低温、冷藏冰箱 微量加样器 可移动紫外灯
专用工作服和工作鞋 专用办公用品 消耗品:一次性手套、耐高压处理的离心管和加样器吸头
2.4 扩增产物分析区
区域功能:
该区域主要进行的操作为扩增片段的测定。如使用全自动封闭分析仪器检测,此区域可不设。
本区的压力梯度的要求为:相对于邻近区域为负压,以避免扩增产物从本区扩散至其它区域。
仪器设备:
视检验方法不同而定。基本仪器设备如下:
微量加样器 微波炉 电泳仪
凝胶成像系统 可移动紫外灯 专用工作服和工作鞋
专用办公用品 消耗品(一次性手套、加样器吸头)
实验操作中 实验结束后
一次性手套和帽子 立即进行清洁
正确使用加样器,避免产生气溶胶污染 实验室台面、超净台10%次氯酸钠溶液擦拭
实验材料散落或PCR产物外溅时,立即清洁处理并做记录 实验室空间定期紫外照射
实验室和设备的使用必须有日常记录
等级 实验用水 试剂配置 质量控制
不含DNA和DNase 一级水 大体积配置,小体积分装。 关键试剂质量检测
的分析纯和生化试剂 标注名称、浓度、配置者、
保存条件、失效时间
PCR实验室设计的核心问题是如何避免污染。由于一旦发生污染,实验就必须停止,直到找到污染源为止,而且实验结果必须作废,需重新进行实验。所以发生污染后再围绕实验室来寻找污染源不但耗时而且繁琐,浪费人力物力。因此要避免污染,首先应是预防,而不是排除。
严格分区:工作服;实验用具;实验记录本
样品管理:包装完好;明确标识;避免交叉污染
扩增产物:PCR反应液加UDG酶;dUTP代替dTTP
RNase:玻璃器皿和溶液经DEPC处理;实验起始阶段使用RNase抑制剂;实验操作在冰浴中进行。
污染后处理:环境污染源检测;材料散落、产物外溅立即清洁并记录
放射线:依据GB11930-2010操作非密封源的辐射防护
紫外线:防护目镜和面罩
溴化乙锭:一次性腈类手套、固定区域与容器
细菌培养物:培养物及其平皿121℃、30min消毒后丢弃
吸头:使用过必须放入专门的消毒容器(含10%的次氯酸钠溶液)内浸泡不少于24h;污染PCR产物必须放至1 mol/L HCl中浸泡后再放到垃圾袋中按程序处理,如焚烧
废液:含有PCR产物的任何废液必须收集至1 mol/L HCl中,浸泡时间不少于6h,并且不能在实验室内倾倒,而应当至远离PCR实验室的地方弃掉
含EB:含有EB或经过EB浸泡的琼脂糖凝胶、电泳缓冲液净化处理
阳性样品:GB/T 19495.1-2004
阳性质粒:1mol/LHCl浸泡不少于6h