浙江大学建筑设计研究院有限公司
摘要：本文介绍了PCR实验室的工艺平面布局、空调通风系统设计等内容，并结合实际案例对PCR实验室暖通空调设计过程中的压力控制问题进行探讨，为PCR实验室的设计提供参考。
关键词：PCR实验室;压力控制;缓冲室
概述
PCR实验室，又称基因扩增实验室，是专门用来检验艾滋病、乙型肝炎、禽疫病等病毒感染性疾病的专用特殊实验室。2010年，卫生部办公厅制定并发布了《医疗机构临床基因扩增检验实验室管理办法》以及《医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则》（以下简称导则）。导则规定了PCR实验室设计的基本原则，原则上PCR实验室需设置4个区域：试剂储存和准备区、标本制备区、扩增去、产物分析区。根据使用仪器的功能，区域可适当合并，根据导则要求，PCR实验室各个区域无论在空间上还是使用中必须完全独立，不能有任何空气的直接相通。空气流向可按照试剂储存和准备区—标本制备区—扩增区—产物分析区压力递减的方式进行，防止各区域空气的交叉污染。
空调通风系统设计及压力梯度控制
GB50881-2013《疾病预防控制中心建筑技术规范》[1]（以下简称规范）对PCR实验室的各项设计参数进行了规范与要求，PCR实验室各区域并没有净化控制要求，但为了避免交叉感染，通常采用全送全排的直流空调系统，并且需要严格控制好送排风的比例，保证各实验区域的压力梯度。导则与规范已经针对PCR实验室各区域间的相对压力关系提出了要求，在实际建设中，不同的平面布局模式将直接影响空调通风系统的压差控制，所以有必要针对不同的平面布局模式对其空调通风系统的压力梯度控制进行探讨。
第一种模式是设置专用走廊，如图A所示，此种模式下，试剂储存准备区按相对正压控制，标本制备区、扩增区及产物分析区按相对负压控制，四个区域分别独立设置但是共用专用走廊。
图1 PCR平面布局模式1
此种模式的压力梯度控制符合导则基本要求，但其在实际使用过程中，特别容易发生交叉污染。由于试剂准备区与扩增后区（扩增区+产物分析区）相反的压力控制要求，随着各分区实验室门的开启以及人员的走动，污染物容易通过专用走廊公共区域传播，因此这种平面布局模式不可取。
第二种模式是在模式1的基础上各分区实验室入口增设缓冲间，如图2所示。
图2 PCR平面布局模式2
缓冲室的污染隔离作用文献[2~4]已进行了详细的论述，其认为单纯的压差控制是一种静态隔离理念，仅适用于实验室门关闭的状态，而缓冲室控制是有效的动态隔离。并且，通过理论计算证明通过设置缓冲室可将由开门带入走廊的污染的隔离能力提高48倍。同时，文献[5]的试验研究也表明通过设置缓冲室可有效降低隔离区颗粒物质迁移至走廊区域。基于缓冲室在污染隔离方面的重要作用，我国疾控中心的规范中要求组合型PCR实验室各室应在入口处设置缓冲间。
某疾病预防控制中心PCR实验室的设计实例
图6 PCR实验室设计实例
维持室内外压差的风量，可用通过门缝隙渗透的空气量计算：
Q=3721.5f△p0.5
门尺寸：0.9m╳2.1m，门缝宽度按照0.003m计，门缝隙面积为2╳（0.9+2.1）╳0.003=0.018m2，计算各分区维持压力梯度的渗透风量如下（数据进行圆整）：
产物分析（负压）：Q=3721.5╳0.018╳300.5=366.9m3/h≈400 m3/h
产物扩增（负压）：Q=3721.5╳0.018╳200.5=299.6m3/h≈300 m3/h
样本制备（负压）：Q=3721.5╳0.018╳100.5=211.8m3/h≈250 m3/h
试剂准备（正压）：Q=3721.5╳0.018╳50.5=149.8m3/h≈150m3/h
排风按12次/h计，各房间排风量：
产物分析（负压）：Q=16╳2.6╳12=499.2m3/h≈500 m3/h
产物扩增（负压）：Q=16╳2.6╳12=499.2m3/h≈500 m3/h
样本制备（负压）：Q=16╳2.6╳12=499.2m3/h≈500 m3/h
试剂准备（正压）：Q=19╳2.6╳12=592.8m3/h≈600 m3/h
样本制备室设有全排型生安柜，为简化控制流程，增加全室排风至1800m3/h，生安柜开启时，全室排风口控制风阀保持开度下限，生安柜未启用时，全室排风口按1800 m3/h运行，采用这样的控制方式，新风送风量始终设置为1450 m3/h，可在满足工艺要求的前提下，减少一台生安柜专用新风机组的初投资。
根据保持压差的漏风量与排风量计算各房间送风量：
产物分析（负压）：Q=100 m3/h
产物扩增（负压）：Q=200 m3/h
样本制备（负压）：Q=1450 m3/h
试剂准备（正压）：Q=750 m3/h
送风量的大小还应满足人员最小新风量要求以及空调负荷需求，调整后的送风量与排风量如下：
产物分析（负压）：Q送=700m3/h，Q排=1100m3/h
产物扩增（负压）：Q送=700m3/h，Q排=1000m3/h
样本制备（负压）：Q送=1450m3/h，Q排=1800m3/h
试剂准备（正压）：Q送=750m3/h，Q排=600m3/h
为保持压差，对应缓冲间的送风量：
产物分析缓冲：550m3/h
产物扩增缓冲：450m3/h
样本制备缓冲：500m3/h
试剂准备缓冲：0m3/h，此处实际调整为送风100 m3/h，排风100 m3/h
公共走廊的送风量为100 m3/h，排风量为：1700m3/h
因此，空调通风系统的总排风量：6300m3/h，总送风量：5200m3/h。
结论
PCR反应的最大特点就是极高的灵敏性，极其微量的污染就会造成PCR实验结果的假阳性，因此组合型PCR实验室设计的核心问题就是避免交叉污染，而组合型PCR实验室的平面布局模式及各区域的压力控制成为了解决这一核心问题的关键。本文从现行规范和导则出发，针对PCR实验室的要求，对其平面布局及各区域的压力控制提出建议，以期为设计人员提供参考，为实验人员以及生物技术的发展创造良好的实验环境。
参考文献：
[1]中华人员共和国国家标准,GB50881-2013,疾病预防控制中心建筑技术规范[S],北京,中国标准出版社,2012年12月.
[2]许钟麟.隔离病房隔离效果的研究(1) [J]. 暖通空调, 2006, 36(3).
[3]许钟麟.隔离病房隔离效果的研究(2) [J]. 暖通空调, 2006, 36(4).
[4]许钟麟.隔离病房隔离效果的研究(3) [J]. 暖通空调, 2006, 36(5).
[5]Hang J, Li Y, Ching W H, et al. Potential airborne transmission between two isolation cubicles through a shared anteroom[J]. Building & Environment, 2015, 89:264-278.
论文作者:余俊祥,高克文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/15
标签：实验室论文; 产物论文; 负压论文; 试剂论文; 压力论文; 模式论文; 正压论文; 《基层建设》2018年第2期论文;