中小課題組分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備建設(shè)與管理

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 （貴州 遵義 563000）

內(nèi)容提要： 課題組管理下的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室是實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的一種模式，是科研院所和高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要組成部分。結(jié)合分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行實(shí)際，從實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備建設(shè)和管理兩方面，探討分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基本儀器配置和管理方法，為實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的建設(shè)和管理提供參考。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)生命科學(xué)基礎(chǔ)研究的重視和大力投入，越來(lái)越多的高校和研究所開(kāi)始建立以課題組為單位的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室[1]。相對(duì)于公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，課題組管理下的實(shí)驗(yàn)室實(shí)用性和針對(duì)性更強(qiáng)，滿(mǎn)足科研工作最基本的實(shí)驗(yàn)需求，儀器利用率更高，可以更好地服務(wù)于科研工作[2]。本文結(jié)合目前分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的普遍需求，對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室通常需要配置的儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)室管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，以便對(duì)有實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需求的相關(guān)人員提供參考。

1.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備配置

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的儀器和設(shè)備較多，但課題組管理下的中小實(shí)驗(yàn)室通常只需滿(mǎn)足基本的實(shí)驗(yàn)需求即可，其配置的儀器往往使用率較高。而大型儀器設(shè)備如共聚焦顯微鏡，測(cè)序儀，電子顯微鏡，質(zhì)譜色譜儀等儀器，以及動(dòng)/植物培養(yǎng)房，細(xì)胞培養(yǎng)間等平臺(tái)，中小實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)較難支持，相關(guān)的需求一般由公共的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)滿(mǎn)足，故本文對(duì)這些儀器和平臺(tái)的建設(shè)不進(jìn)行涉及，只從以下幾個(gè)方面總結(jié)相關(guān)的建設(shè)和管理經(jīng)驗(yàn)。

1.1 低溫保存設(shè)備

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象通常為核酸或蛋白質(zhì)，核酸與蛋白質(zhì)在常溫下均可能加速降解，需要低溫設(shè)備在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提供低溫保護(hù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中最常用到的低溫保護(hù)介質(zhì)是冰，制冰機(jī)是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的必備儀器，同時(shí)金屬冰浴器，冰盒也能在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中提供良好的低溫保護(hù)。低溫保存樣品則需用到冰箱或者液氮罐，常用的保存溫度為4°C，-20°C，-80°C，-196°C四種，4°C可以短期放置活體微生物或不宜結(jié)冰的試劑，-20°C度可以短期保存核酸或蛋白及試劑藥品，-80°C冰箱可以為核酸或蛋白提供長(zhǎng)期保存條件，液氮?jiǎng)t通常用來(lái)保存新鮮的組織或細(xì)胞樣本。冰箱型號(hào)及種類(lèi)極多，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)者可依據(jù)自身的經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)需求，配置相應(yīng)大小和型號(hào)，只要能夠保證達(dá)到相應(yīng)溫度并穩(wěn)定運(yùn)行即可。

1.2 制水設(shè)備

實(shí)驗(yàn)室用水可分為三個(gè)等級(jí)：自來(lái)水、純凈水、去離子水。自來(lái)水可用于常規(guī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備清洗和衛(wèi)生維護(hù)。純凈水是自來(lái)水經(jīng)過(guò)蒸餾或過(guò)濾之后含有雜質(zhì)較少的水，可用于普通試劑或細(xì)菌培養(yǎng)基的配置，但因蒸餾設(shè)備安全和穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生安全問(wèn)題，所以目前一般使用過(guò)濾設(shè)備來(lái)制取純凈水。去離子水是指除去了呈離子形式雜質(zhì)后的純水，其電阻可達(dá)到18MΩ，可用于核酸或蛋白等試劑的溶解，以防止其降解。去離子水生產(chǎn)設(shè)備一般需要從自來(lái)水取水并連續(xù)供水，因?yàn)樽詠?lái)水的水質(zhì)不穩(wěn)定，所以最好在去離子水生產(chǎn)設(shè)備的進(jìn)水前端加裝一個(gè)過(guò)濾裝置，可有效降低去離子水生產(chǎn)儀器中的過(guò)濾耗材的老化速度，同時(shí)也方便維護(hù)。

1.3 離心設(shè)備

離心設(shè)備一般用來(lái)進(jìn)行固體與液體，或不同密度的液體之間的分離，是實(shí)驗(yàn)室必需儀器之一。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室常用離心轉(zhuǎn)速最高在13000r/min左右，因此普通的高速離心機(jī)即可以滿(mǎn)足要求。但因?yàn)椴糠謱?shí)驗(yàn)需要在低溫下進(jìn)行，因此需要至少一臺(tái)離心機(jī)具備低溫制冷功能。常用的離心體積為1.5/2.0mL，15mL，50mL體積，需要在購(gòu)買(mǎi)時(shí)對(duì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行匹配購(gòu)買(mǎi)。如果實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及密度梯度離心，則需要購(gòu)置超高速離心機(jī)，最高離心力達(dá)到100000g以上。

1.4 PCR擴(kuò)增設(shè)備

常用的PCR擴(kuò)增設(shè)備主要有兩種，另一種是普通PCR議，主要是用于對(duì)目的基因普通的擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)；另一種是實(shí)時(shí)熒光定量?jī)x，其在普通PCR儀的基礎(chǔ)上增加一個(gè)熒光信號(hào)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)分析處理系統(tǒng)，擴(kuò)增的結(jié)果通過(guò)熒光信號(hào)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集信號(hào)連接輸送到計(jì)算機(jī)分析處理系統(tǒng)得出量化的實(shí)時(shí)結(jié)果輸出，對(duì)基因進(jìn)行定量分析。一般常規(guī)的PCR儀是96孔的，但也有48孔和384孔的平臺(tái)，購(gòu)買(mǎi)時(shí)需根據(jù)實(shí)驗(yàn)室自身需求進(jìn)行選擇。

1.5 核酸及蛋白分析設(shè)備

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)核酸和蛋白的簡(jiǎn)單分析主要有兩種應(yīng)用，一種是基于電泳的分析，一種是基于分光光度計(jì)的定量分析。

電泳實(shí)驗(yàn)需要的儀器主要是電泳儀和電泳槽，核酸和蛋白電泳時(shí)的電泳儀是可以通用的，只要能提供足夠功率的電壓和電流即可，在實(shí)驗(yàn)購(gòu)置時(shí)最好選擇高功率并且可以多通道同時(shí)運(yùn)行的電泳儀。電泳槽分為垂直電泳槽和水平電泳槽兩種，分別用于瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳。不管是核酸電泳還是蛋白電泳，最后一般均需要對(duì)分離結(jié)果進(jìn)行拍攝或曝光，現(xiàn)在有圖像處理系統(tǒng)可以對(duì)瓊脂糖凝膠的紫外激發(fā)熒光以及蛋白印跡實(shí)驗(yàn)的化學(xué)發(fā)光進(jìn)行直接拍攝成像，不需要進(jìn)行顯影定影等操作，可以大大簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提高效率，性?xún)r(jià)比很高。

基于分光光度計(jì)的定量?jī)x器主要有使用比色杯的分光光度計(jì)，超微量分光光度計(jì)和酶標(biāo)儀，使用比色杯的產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定，使用范圍更廣，但操作起來(lái)相對(duì)繁瑣，而微量分光光度計(jì)操作簡(jiǎn)單，保養(yǎng)方便，所需樣本體積小，相對(duì)來(lái)說(shuō)，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中超微量分光光度計(jì)的使用頻率更高，但價(jià)格比老式的分光光度計(jì)要高。酶標(biāo)儀的分析通量更高，可在適時(shí)間內(nèi)對(duì)大量樣本進(jìn)行檢查，同時(shí)其覆蓋的波長(zhǎng)范圍更廣。

1.6 顯微設(shè)備

顯微鏡可以用來(lái)觀察細(xì)胞形態(tài)和切片，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室至少配備一臺(tái)常規(guī)正置顯微鏡。如果有細(xì)微組織的操作，則可以配置體視顯微鏡，用于對(duì)組織進(jìn)行精細(xì)操作。如果實(shí)驗(yàn)涉及熒光觀察，則需要購(gòu)置熒光顯微鏡，其可以配置有圖像處理功能分析系統(tǒng)，方便進(jìn)行鏡下圖像進(jìn)行拍攝和分析。

1.7 計(jì)量設(shè)備

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用到的計(jì)量設(shè)備主要是天平，pH計(jì)和溫度計(jì)。天平用于稱(chēng)量試劑藥品的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)室配備精確到0.0001g和0.01g兩個(gè)量程的天平即可基本滿(mǎn)足分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求，如有需求，也可購(gòu)置其他稱(chēng)量精度的天平。pH計(jì)用于測(cè)量液體的酸堿度，溫度計(jì)用于測(cè)量空氣或液體的溫度，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室需求，購(gòu)置相應(yīng)規(guī)格和量程的型號(hào)。

1.8 無(wú)菌設(shè)備

為防止操作環(huán)境中微生物等對(duì)實(shí)驗(yàn)物品的污染，常需要對(duì)實(shí)驗(yàn)物品進(jìn)行滅菌操作。常見(jiàn)滅菌設(shè)備也就是高壓滅菌鍋，其原理都是在高溫高濕狀態(tài)下對(duì)微生物等進(jìn)行滅殺，但價(jià)格差異也很大，實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置時(shí)盡量選擇可以設(shè)置滅菌時(shí)間和滅菌溫度的自動(dòng)化設(shè)備，在操作上會(huì)方便很多，也更安全。

實(shí)驗(yàn)物品進(jìn)行滅菌后，最好在無(wú)菌操作平臺(tái)中進(jìn)行操作，常見(jiàn)的無(wú)菌操作平臺(tái)有超凈工作臺(tái)和生物安全柜兩種，前者只能保證操作平臺(tái)內(nèi)部的無(wú)菌，而無(wú)法確保操作平臺(tái)外的生物安全，因此只能用來(lái)操作生物安全級(jí)別很低的微生物，如大腸桿菌等。而生物安全柜既可以保證平臺(tái)內(nèi)部的無(wú)菌條件，還能避免內(nèi)部有害物質(zhì)向外的泄漏。對(duì)不同的生物安全等級(jí)需求，生物安全柜也有對(duì)應(yīng)的安全級(jí)別型號(hào)，選購(gòu)時(shí)需結(jié)合自身的實(shí)驗(yàn)需要選擇對(duì)應(yīng)安全等級(jí)的生物安全柜。

1.9 試劑保存柜

試劑保存柜可分為兩種，一種是危險(xiǎn)品保存柜，一種是普通保存柜。目前對(duì)所有實(shí)驗(yàn)室均已規(guī)定必須對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行單獨(dú)存放，所以危險(xiǎn)品保存柜是實(shí)驗(yàn)室必須購(gòu)置的設(shè)備之一，用于存放易燃易爆，易制毒，有腐蝕性的試劑和藥品，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)需根據(jù)自身需要，購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)規(guī)格和數(shù)量的危險(xiǎn)品保存柜。普通試劑保存柜用于存放普通試劑和藥品，要求不是很高，可視經(jīng)費(fèi)情況選購(gòu)即可。

1.10 通風(fēng)設(shè)備

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)常會(huì)用到一些具有揮發(fā)性或者具有刺激性氣味的試劑和藥品，因此有必要裝置一些通風(fēng)設(shè)備。最常用到的是通風(fēng)櫥，另外，安置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的抽風(fēng)設(shè)備也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。如果實(shí)驗(yàn)室所在地區(qū)空氣質(zhì)量較差，浮塵較多，可以考慮在實(shí)驗(yàn)室區(qū)域安裝新風(fēng)過(guò)濾系統(tǒng)，能有效降低實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的灰塵積累。

1.11 其他設(shè)備

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室除上述儀器設(shè)備外，一般還需要微生物培養(yǎng)箱、鼓風(fēng)干燥箱、超聲波破碎儀、水浴鍋、漩渦振蕩器、移液器、脫色搖床、超聲波清洗儀、投影儀等，可視實(shí)驗(yàn)室需要進(jìn)行購(gòu)置。

2.實(shí)驗(yàn)室管理

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理是一項(xiàng)繁瑣而且艱巨的工作，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備眾多，實(shí)驗(yàn)人員流動(dòng)性較大，新進(jìn)的人員又對(duì)實(shí)驗(yàn)室不甚了解，因此，科學(xué)高效的實(shí)驗(yàn)室管理是保證實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)工作順利運(yùn)行的基礎(chǔ)[3]。以下將從安全，衛(wèi)生，儀器和試劑耗材等方面討論實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)管理。

2.1 安全管理

安全管理是實(shí)驗(yàn)室一切工作正常進(jìn)行的前提和保障。實(shí)驗(yàn)室建立之后應(yīng)先結(jié)合實(shí)際，擬定安全規(guī)章制度，并做到所有人員對(duì)安全規(guī)定的了解和掌握，并及時(shí)對(duì)新進(jìn)人員進(jìn)行培訓(xùn)。如果有條件，盡量使實(shí)驗(yàn)室人員從同一個(gè)大門(mén)進(jìn)出，然后在大門(mén)安裝刷卡門(mén)禁，控制無(wú)關(guān)人員的進(jìn)入，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)室走廊和每間實(shí)驗(yàn)室安裝視頻監(jiān)控，做到全面覆蓋、無(wú)盲區(qū)的效果。

2.2 衛(wèi)生管理

實(shí)驗(yàn)室如果沒(méi)有專(zhuān)職的衛(wèi)生人員，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)行值日安排，做到每周一次大掃除，每天值日。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室人員流動(dòng)性較大，值日生的執(zhí)行力也存在差異，因此需要將值日內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，打印到表格，值日時(shí)依項(xiàng)完成，做到?jīng)]有遺漏。

2.3 儀器設(shè)備管理

儀器設(shè)備的良好運(yùn)行都需要良好的維護(hù)和正確的使用，實(shí)驗(yàn)室所有人員都應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)常用儀器的使用培訓(xùn)，達(dá)到會(huì)用，會(huì)維護(hù)，遇到問(wèn)題會(huì)處理的良好狀態(tài)。對(duì)大型貴重儀器實(shí)行專(zhuān)人管理，制作相應(yīng)的維護(hù)登記表，定期進(jìn)行檢查維護(hù)，將儀器保持在良好狀態(tài)，排除隱患。

2.4 試劑耗材管理

試劑耗材由實(shí)驗(yàn)室管理人員專(zhuān)人采購(gòu)，對(duì)常用試劑應(yīng)留有余量，分類(lèi)存放，并做好臺(tái)賬記錄。國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)化學(xué)品必須放于專(zhuān)門(mén)的?；裰?，實(shí)行雙鎖雙人保管制度，并定期檢查使用記錄和保存條件，杜絕泄漏等問(wèn)題的發(fā)生。

3.小結(jié)

課題組實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，儀器設(shè)備的購(gòu)置只是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的第一步，要保證實(shí)驗(yàn)室的高效運(yùn)行，需要課題組師生共同努力對(duì)設(shè)備和試劑進(jìn)行科學(xué)有效地管理和維護(hù)，確保所有儀器處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，合理有效整合各方面資源，以最少的投入達(dá)到最大的科研效益。