基因擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)又稱PCR實(shí)驗(yàn),具有靈敏度高、特異性高、快捷、對(duì)樣品要求低等優(yōu)點(diǎn),在疾病防控、檢驗(yàn)檢疫、動(dòng)物健康、食品安全等公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但PCR實(shí)驗(yàn)需要有能保證絕對(duì)安全、配置合理的實(shí)驗(yàn)室和非常規(guī)范的操作為前提,因此,建立一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)符合規(guī)范的PCR實(shí)驗(yàn)室,已經(jīng)成為一個(gè)普遍性需求。
現(xiàn)在以臨床樣本PCR檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室為例,來(lái)介紹PCR實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)原則。
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臨床基因擴(kuò)增檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室原則上分為四個(gè)單獨(dú)的工作區(qū)域:試劑貯存和準(zhǔn)備區(qū)、標(biāo)本制備區(qū)、擴(kuò)增區(qū)、擴(kuò)增產(chǎn)物分析區(qū),如使用全自動(dòng)分析儀,區(qū)域可適當(dāng)合并。為避免交叉污染,進(jìn)入各個(gè)工作區(qū)域必須嚴(yán)格遵循單一方向進(jìn)行,即只能從試劑貯存和準(zhǔn)備區(qū)→標(biāo)本制備區(qū)→擴(kuò)增區(qū)→擴(kuò)增產(chǎn)物分析區(qū)。各實(shí)驗(yàn)區(qū)之間的試劑及樣品傳遞應(yīng)通過(guò)傳遞窗進(jìn)行。
在理想情況下,PCR實(shí)驗(yàn)室試劑準(zhǔn)備、標(biāo)本制備、擴(kuò)增三個(gè)區(qū)域可設(shè)置緩沖間。
·各工作區(qū)域完全相互獨(dú)立;
·各工作區(qū)域之間無(wú)條件設(shè)置緩沖間;
·按各區(qū)域要求設(shè)置實(shí)驗(yàn)室壓力;
·若各區(qū)緊密相連,需安裝物品傳遞艙;
·人流、物流單一方向流動(dòng);
·各區(qū)儀器設(shè)備、清潔用具明確標(biāo)記,不得混用;
·各區(qū)使用不同的實(shí)驗(yàn)服,實(shí)驗(yàn)服不得帶出
·工作結(jié)束后立即清潔
2.1 試劑貯存和準(zhǔn)備區(qū)
區(qū)域功能:
本區(qū)對(duì)與氣流壓力的控制,沒(méi)有嚴(yán)格要求。
儀器設(shè)備:
超凈工作臺(tái) 高速離心機(jī) 電子天平
2~8℃和-20℃以下冰箱 混勻器 微量加樣器(覆蓋0.2-1000µl)
可移動(dòng)紫外燈(近工作臺(tái)面) 專用工作服和工作鞋 專用辦公用品
消耗品(一次性手套、耐高壓處理的離心管和加樣器吸頭)
2.2 標(biāo)本制備區(qū)
區(qū)域功能:
臨床標(biāo)本的保存、核酸(RNA、DNA)提取、貯存及其加入至擴(kuò)增反應(yīng)管和測(cè)定RNA時(shí)cDNA的合成。 臨床樣本應(yīng)符合生物安全二級(jí)實(shí)驗(yàn)室防護(hù)設(shè)備、個(gè)人防護(hù)和操作規(guī)范的要求。具有潛在傳染危險(xiǎn)性的材料:必須在生物安全柜內(nèi)開蓋,并有明確的樣本處理和滅活程序。
本區(qū)的壓力梯度要求為:相對(duì)于鄰近區(qū)域?yàn)檎龎?,以避免從鄰近區(qū)進(jìn)入本區(qū)的氣溶膠污染。
儀器設(shè)備:
2-8℃冰箱、-20℃或-80℃冰箱 高速離心機(jī) 混勻器
水浴箱或加熱模塊 微量加樣器 可移動(dòng)紫外燈
生物安全柜 專用工作服和工作鞋 專用辦公用品
超聲波水浴儀 消耗品(一次性手套、耐高壓處理的離心管和加樣器吸頭)
2.3 擴(kuò)增區(qū)
區(qū)域功能:
該區(qū)域主要進(jìn)行的操作為DNA或cDNA擴(kuò)增。此外,已制備的DNA模板和合成的cDNA(來(lái)自樣本制備區(qū))的加入和主反應(yīng)混合液(來(lái)自試劑貯存和制備區(qū))制備成反應(yīng)混合液等也可在本區(qū)內(nèi)進(jìn)行。在巢式PCR測(cè)定中,通常在第一輪擴(kuò)增后必須打開反應(yīng)管,因此巢式擴(kuò)增有較高的污染危險(xiǎn)性,第二次加樣必須在本區(qū)內(nèi)進(jìn)行。
本區(qū)的壓力梯度要求為:相對(duì)于鄰近區(qū)域?yàn)樨?fù)壓,以避免氣溶膠從本區(qū)漏出。個(gè)別操作如加樣等應(yīng)在超凈臺(tái)內(nèi)進(jìn)行。
儀器設(shè)備:
熒光定量PCR儀 PCR擴(kuò)增儀 超凈工作臺(tái)(生物安全柜)
低溫、冷藏冰箱 微量加樣器 可移動(dòng)紫外燈
專用工作服和工作鞋 專用辦公用品 消耗品:一次性手套、耐高壓處理的離心管和加樣器吸頭
2.4 擴(kuò)增產(chǎn)物分析區(qū)
區(qū)域功能:
該區(qū)域主要進(jìn)行的操作為擴(kuò)增片段的測(cè)定。如使用全自動(dòng)封閉分析儀器檢測(cè),此區(qū)域可不設(shè)。
本區(qū)的壓力梯度的要求為:相對(duì)于鄰近區(qū)域?yàn)樨?fù)壓,以避免擴(kuò)增產(chǎn)物從本區(qū)擴(kuò)散至其它區(qū)域。
儀器設(shè)備:
視檢驗(yàn)方法不同而定。基本儀器設(shè)備如下:
微量加樣器 微波爐 電泳儀
凝膠成像系統(tǒng) 可移動(dòng)紫外燈 專用工作服和工作鞋
專用辦公用品 消耗品(一次性手套、加樣器吸頭)
實(shí)驗(yàn)操作中 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后
一次性手套和帽子 立即進(jìn)行清潔
正確使用加樣器,避免產(chǎn)生氣溶膠污染 實(shí)驗(yàn)室臺(tái)面、超凈臺(tái)10%次氯酸鈉溶液擦拭
實(shí)驗(yàn)材料散落或PCR產(chǎn)物外濺時(shí),立即清潔處理并做記錄 實(shí)驗(yàn)室空間定期紫外照射
實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備的使用必須有日常記錄
等級(jí) 實(shí)驗(yàn)用水 試劑配置 質(zhì)量控制
不含DNA和DNase 一級(jí)水 大體積配置,小體積分裝。 關(guān)鍵試劑質(zhì)量檢測(cè)
的分析純和生化試劑 標(biāo)注名稱、濃度、配置者、
保存條件、失效時(shí)間
PCR實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是如何避免污染。由于一旦發(fā)生污染,實(shí)驗(yàn)就必須停止,直到找到污染源為止,而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果必須作廢,需重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所以發(fā)生污染后再圍繞實(shí)驗(yàn)室來(lái)尋找污染源不但耗時(shí)而且繁瑣,浪費(fèi)人力物力。因此要避免污染,首先應(yīng)是預(yù)防,而不是排除。
嚴(yán)格分區(qū):工作服;實(shí)驗(yàn)用具;實(shí)驗(yàn)記錄本
樣品管理:包裝完好;明確標(biāo)識(shí);避免交叉污染
擴(kuò)增產(chǎn)物:PCR反應(yīng)液加UDG酶;dUTP代替dTTP
RNase:玻璃器皿和溶液經(jīng)DEPC處理;實(shí)驗(yàn)起始階段使用RNase抑制劑;實(shí)驗(yàn)操作在冰浴中進(jìn)行。
污染后處理:環(huán)境污染源檢測(cè);材料散落、產(chǎn)物外濺立即清潔并記錄
放射線:依據(jù)GB11930-2010操作非密封源的輻射防護(hù)
紫外線:防護(hù)目鏡和面罩
溴化乙錠:一次性腈類手套、固定區(qū)域與容器
細(xì)菌培養(yǎng)物:培養(yǎng)物及其平皿121℃、30min消毒后丟棄
吸頭:使用過(guò)必須放入專門的消毒容器(含10%的次氯酸鈉溶液)內(nèi)浸泡不少于24h;污染PCR產(chǎn)物必須放至1 mol/L HCl中浸泡后再放到垃圾袋中按程序處理,如焚燒
廢液:含有PCR產(chǎn)物的任何廢液必須收集至1 mol/L HCl中,浸泡時(shí)間不少于6h,并且不能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)傾倒,而應(yīng)當(dāng)至遠(yuǎn)離PCR實(shí)驗(yàn)室的地方棄掉
含EB:含有EB或經(jīng)過(guò)EB浸泡的瓊脂糖凝膠、電泳緩沖液凈化處理
陽(yáng)性樣品:GB/T 19495.1-2004
陽(yáng)性質(zhì)粒:1mol/LHCl浸泡不少于6h