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對PCR實驗室規劃設計淺析

北京PCR實驗室規劃設計

實驗室建設,無論是新建、擴建、或是改建項目,它不單純是選購合理的儀器設備,還要綜合考慮實驗室的總體規劃、合理布局和平面設計,以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統工程,在現代實驗室里,先進的科學儀器和優越完善的實驗室是提升現代化科技水平,促進科研成果增長的必備條件。“以人為本,人與環境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”,的規劃設計理念。規劃設計主要分為六個方面:平面設計系統、單臺結構功能設計系統、供排水設計系統、電控系統、特殊氣體配送系統、有害氣體輸出系統等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。

平面設計系統
平面設計我們主要考慮以下幾個方面的因素:
1、疏散、撤離、逃生、順暢、無阻,安全通道;一般實驗室門主要向里開,但如設置有爆炸危險的房間,房門應朝外開,房門材質最好選擇壓力玻璃。
2、人體學(前后左右工作空間),完美的設備與科技工作者操作空間范圍的協調搭配體現了科學化、人性化的規劃設計。
在做平面設計的時候,首先要考慮的因素是就是“安全”,實驗室是最易發生爆炸、火災、毒氣泄露等的場所。我們在做平面設計的時候,應盡量地要保持實驗室的通風流暢、逃生通道暢通。根據國際人體工程學的標準。我們做如下的劃分以供參照:(祥見下圖)
實驗臺與實驗臺通道劃分標準(通道間隔用L表示)
L>500mm時,一邊可站人操作;
L>800mm時,一邊可坐人操作;
L>1200mm時,一邊可坐人,一邊可站人,中間不可過人;
L>1500mm時,兩邊可坐人,中間可過人;
L>1800mm時,兩邊可坐人,中間可過人可過儀器
天平臺、儀器臺不宜離墻太近,離墻400mm為宜。為了在工作發生危險時易于疏散,實驗臺間的過道應全部通向走廊。另:實驗室建筑層高宜為3.7米-4.0米為宜,凈高宜為2.7米-2.8米,有潔凈度、壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實驗室凈高宜為2.5米-2.7米(不包括吊頂);實驗室走廊凈寬宜為2.5米-3.0米.普通實驗室雙門寬以1.1米-1.5米(不對稱對開門)為宜,單門寬以0.8米-0.9米為宜。

3、潔凈實驗室標準:主要是通過人為的手段,應用潔凈技術實現控制室內空氣中塵埃、含菌濃度、溫濕度與壓力、以達到所要求的潔凈度、溫濕度和氣流速度等環境參數。空氣潔凈度是指潔凈空氣環境中空氣含塵量程度,空氣潔凈度的級別以含塵濃度劃分。潔凈度是指每升空氣中所含粒徑≥0.5um的塵粒的總顆粒。我國空氣潔凈等級標準分為:100級、1000級、10000級、100000級。國際標準則劃分為:1級、2級、3級、4級、5級。潔凈室的組及其相互關系如圖所示:

        潔凈室組成圖
 
潔凈室一般實施兩級隔離,一級隔離通過生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實現;二級隔離通過實驗室的建筑、空調凈化和電氣控制系統來實現。但由于凈化空調需要風量小為了安全起見,風量都按大的估算,一般都要超過規范規定,物別是百級以上,冷熱負荷在要求不是很嚴格的情況可能估算,現在專門有凈化空調機組,可以直接利用。二級~四級生物安全實驗室應實施兩級隔離。一般實驗室裝備有:超凈工作臺、生物安全柜、邊臺或不銹鋼操作臺、洗滌臺等。
以PCR實驗室為例(PCR即聚合酶鏈式反應),是分子生物學研究和實驗的常規方法,也是生物學、醫學臨床等領域廣泛應用的實驗技術。其特點是能將微量的DNA大幅增加,實驗室通常分為四個區域,即:試劑儲存和準備區、標本制備區、擴增反應混合物配制和擴增區、擴增產物分析區(如使用全自動分析儀,區域可適當合并)。進入各個區域必須嚴格按照單一方向進行,不同的工作區域使用不同的工作服(例如不同的顏色)。工作人員離開時,不得將工作服帶出。
試劑儲存和準備室(標本制備區),儀器主要配置有:冷凍離心機、生物安全柜、冰箱、可移動紫外燈、全自動力核酸蛋白純化儀、專用工作服和工作鞋等。擴增反應混合物配制和擴增區配置有:冰箱、高速離心機、超凈工作臺、PCR儀(要求負壓狀態)、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。擴增產物分析區主要配置有:移液器、振蕩器、超凈工作臺、毛細管電泳儀、冰箱、離心機、微量加樣器、可移動紫外燈等。PCR實驗室設計方案如下圖所示:

PCR實驗室俯視圖

電子計算機室和研究室,電子計算機與我們的生活最為密切,主要考慮空調散熱、電源電壓等問題。配置的裝備主要是帶鍵盤儀器臺。研究所主要是供研究人員辦公的地方,對我們實驗室裝備要求較低,在此不多作講解。
輔助實驗室:主要有天平室、高溫室、純水室、氣瓶室、貯藏室、溶液配制室、暗室等。天平室,分析天平是化學實驗室必備的常用儀器,高精度天平對環境有一定要求,主要是氣流和風速的影響,天平室應靠近化學實驗室,以方便使用,但不宜與高溫室和有較強電磁干擾的房間相鄰。高精度微量天平宜設在底層。天平室內不得設置洗滌臺或任何管道穿過窒內,以免管道滲漏影響天平的維護和使用。高溫室,高溫爐和恒溫箱是常備設備,一般放置在高溫工作臺上,但特大型的恒溫箱須落地安置為宜,高溫爐秘恒溫箱須分開放置。純水室,主要是設計的實驗裝備有;邊臺和洗滌臺。現代實驗室多使用去離子水、水量大且能保證水質。地面需設地漏。氣瓶室,實驗室用氣除不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰性氣體(氬氣、氦氣等)外,其他氣體具有高壓、劇毒、氧化分解、爆炸等危險性氣體,例如易燃氣體氫氣、一氧化碳;劇毒氣體為氟氣、氯氣;助燃氣體為氧氣等,這些氣體不得進行實驗室。可以通過管子接到各實驗室內。溶液配制室,用于配制各種標準溶液和不同濃度的溶液。在允許的條件下,可由兩個房間組成,其一設有天平臺。另一間作配制試劑和存放試劑之用,一般應配置:通風柜實驗臺試劑柜
服務供應部分,為基本實驗室和輔助實驗室服務的場所,如高壓鍋室和水電氣輔助室等。我們只需稍作了解。
4、工作程序、流程專業設計;
第一部分為平面設計,甲方(使用方)先拿出最根本的功能要求、分布方案,乙方(設計院)、丙方(實驗室規劃與設計專業公司)與甲方參與實驗室建設設計小組,共同討論,三方共同確認后方進入第二程序。因為傳統實驗室建筑設計按國家建筑標準,僅是以外型和室內結構為主,并非以實驗室功能為主,建筑設計與功能設計脫節。我們公司在這方面就有很多教訓。比如廣東醫學院,合同簽了兩年因為現場不符合安裝條件,還沒有安裝。
第二部分為單臺功能,單臺結構設計,應逐項、逐件、逐層,從整棟大樓、分層、分房間、分單件設計確定,全面細分確認;
第三部分,全部確認后,邀請用戶高層領導參與實驗室建設演示會,當場表態決策;由甲方請乙方、丙方的項目監理嚴格監督安裝、建筑過程中標準執行情況跟蹤實驗室建設項目的順利完工;建設實驗室規劃與設計和產品招標分為兩部分;招標:A、設計為第一部分;B、產品標準為第二部分;建筑裝修、凈化、基礎裝備分三個專業進行,不可混同、總包,不同專業,分別招標,然后中標三方緊密配合,裝修和凈化工程先行,交工驗收后實驗室基礎配套將進入責任明確階段,承擔責任,全部完工時集中三家同時驗收,基礎裝備部分為產品測試標準,測試與前兩項工程不同,有很大區別不可等同對待。
7、地面、墻壁通風流暢,防止死角,室內四角盡量空閑,易打理,簡潔。

單臺結構功能設計系統
不同專業采用不同實驗室專用基礎配套裝備,系列產品共分五大部分:A、實驗臺部分;B、儀器臺部分;C、功能柜部分;D、儀器設備部分;E、輸出系統部分;
A、實驗臺部分
1、實驗臺的分類:
①實驗臺按實驗室的功能劃分為:物理實驗臺(主要用于電子、電工、物理實驗);化學實驗臺(主要用于有機、無機化學實驗);生物實驗臺(主要用于凈化無菌實驗,如簡易解剖臺、不銹鋼操作臺等);
②按結構劃款式分為:MM(由鋼制支撐架、基箱、臺面、試劑架、連接件、輔件組成)MR(基箱、臺面、試劑架、連接件、輔件組成)。
③按用途可分為:中央實驗臺、邊臺實驗臺、洗滌實驗臺、試劑架、基箱、實驗凳。
2、基箱的分類:
基箱按材質可分為:鋼木制基箱、鋁木制基箱、全木制基箱。
    按制作工藝分為:鋼制歐式基箱(即門面板與側板連接)、鋼制美式基箱(即門面板裝嵌在基箱內)
按款式可分為:活動式基箱、落地式基箱、懸掛式基箱。其中活動式基箱、懸掛式基箱用于MM款。落地式基箱用于MR款。鋼木制基箱是我們公司新開發的產品,側板、門面板為鋼制材質,其它如層板、頂板、抽屜底板、維修板均為木制材質,具有安全防火、性價比高、玻璃器皿放置時不易破碎等優點。全木制不適于制作懸掛式基箱和洗滌臺。
B、儀器臺部分:承重性、穩定性、抗外干擾、電控要求很高,氣體配送嚴格、安全、可靠、方便、易管理;承重:500Kg以上。主要用于儀器分析實驗室,如光譜、色譜、原子分析實驗室等。產品主要有:標準儀器臺、光譜儀器臺、色譜儀器臺、顯微鏡臺、連體儀器臺、天平臺、電腦臺、高溫儀器臺、教學臺功能柜部分:
功能柜部分是前兩部分服務、儲存,重要功能部分涉及安全、環保問題;有全木和鋼木之分;試劑、藥劑、揮發性藥品、輻射性藥品、劇毒品、易燃培養等儲存功能基本分十三種:
1、一般性能藥品柜;               2、揮發性藥品儲存柜;
3、染劑專用柜;                   4、防輻射藥品柜;
5、易燃品儲存柜(防火柜);        6、文件柜(資料柜);
7、更衣柜(剎菌更衣柜);          8、培養柜;
9、標本柜;                      10、儀器柜;
11、純堿柜;                     12、硫酸柜;
13、無菌柜。
D、儀器設備部分:
1、通風柜;                      2、生物安全柜;
3、超凈工作臺;                  4、器皿清洗機(全自動)
5、劇毒品安全儲存柜;            6、智能密集柜;
7、解剖臺;                      8、取材臺;
9、感應功能柜。                 10、揮發性藥品柜
E、有害氣體輸出部分。在后面章節將會詳細說明,這里就作不重復。

供排水設計系統
供排水設計系統主要是為前期實驗室建筑設計服務。為建筑設計院提供實驗臺上下水水點。水嘴分為急流水嘴和緩流水嘴,單聯水嘴(MBs-016)為急流水嘴。一般搭配PP水槽(MBc-032)。雙聯水嘴(MBs-02)為緩流水嘴,一般搭配PP水槽(MBc-029)規格為。在默認情況下我們一般給客戶配置雙聯水嘴。三聯水嘴(MBc-01)為一急兩緩水嘴。一般搭配PP水槽(MBc-029)。大水槽(MBc-031)、通風柜的杯槽(MBc-028)。

電控系統
實驗室用電主要包括照明電和動力電兩大部分。動力電主要用于各類儀器設備用電、電梯、空調等的電力供應。實驗室供電系統也是實驗室最基本的條件之一。電源插座有:10A、13A、16A、20A;漏電保護開關、過載保護開關等。電源插座應遠離水盆和煤氣、氫氣等噴嘴口,并不影響實驗臺儀器的放置和操作位置。線槽主要多功能鋼線槽(主要用于試劑架上)和PVC線槽配西班牙插座(主要用于邊臺和中央臺臺面上).

特殊氣體配送系統
實驗室用氣主要有不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰性氣體(氬氣、氦氣等)、易燃氣體(氫氣、一氧化碳);劇毒氣體(氟氣、氯氣);助燃氣體(氧氣)組成。除不燃氣體、惰性氣體外其它氣體不得進行實驗室。可以通過輸氣管接到各實驗室內。一般氣相室配置氦氣(He)、氮氣(N2)。氣質聯用室配置了氮氣、氫氣、氧氣。氫氣管線上的連接管件都要連接后焊接,嚴禁有泄漏的可能。所有的管線在安裝完畢后一定要做氣密性實驗,并在使用前要先除油。由于管道細小,管間距小,安裝過程中可依據現場情況進行調整,保證間距不小于45mm,氣瓶裝瓶時,易燃易爆與惰性氣體同柜,杜絕兩種易燃氣體同瓶裝一柜。

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