新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司，成都 610021）

2019年12月，一場(chǎng)突如其來的新型冠狀病毒感染的肺炎疫情波及全國(guó)，精準(zhǔn)的新型冠狀病毒核酸檢測(cè)是臨床確診和康復(fù)出院的重要依據(jù)，也是接觸者解除隔離的判斷依據(jù)[1]。由于疫情兇猛，大量疑似病患需要進(jìn)行核酸檢測(cè)進(jìn)行確診和排除，但是現(xiàn)有的許多核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法適用如此大量具有高度傳染性的樣品同時(shí)快速檢測(cè)，出現(xiàn)了“樣品檢測(cè)速度跟不上樣品增加速度”的情況，造成疑似病例無(wú)法及時(shí)確診導(dǎo)致診治的延誤，本文介紹了針對(duì)新型冠狀病毒的核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)要點(diǎn)以便解決以上問題，供建設(shè)

單位和設(shè)計(jì)同行參考。

1 新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室工藝平面設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

傳統(tǒng)核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的工藝平面設(shè)置根據(jù)《臨床基因擴(kuò)增檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室基本設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》1.1 條的要求[2]，主要由試劑儲(chǔ)備間、標(biāo)本制備間、擴(kuò)增間和分析間4 個(gè)房間組成，如圖1所示，每個(gè)房間前需要設(shè)置緩沖間作為氣鎖，同時(shí)在緩沖間外設(shè)置一條內(nèi)走道，作為實(shí)驗(yàn)室人員、物料和樣品的通道[3]。

圖1 通用型的核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的工藝平面布局圖Fig.1 Typical process layout plan of nucleric acid test lab

對(duì)于新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室而言，既需符合常規(guī)核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)流程，又有其特殊的地方。首先新冠狀病毒的核酸檢測(cè)建議采用實(shí)時(shí)熒光PCR 法，縮短檢測(cè)時(shí)間和減少人員操作，提高準(zhǔn)確性。同時(shí)建議核酸提取使用多臺(tái)全自動(dòng)核酸提取系統(tǒng)，大大加快限速限通量的核酸提取環(huán)節(jié)，提升大規(guī)模樣品的檢測(cè)速度。以上兩點(diǎn)就可以解決“樣品檢測(cè)速度跟不上樣品增加速度”的問題。根據(jù)國(guó)家衛(wèi)生健康委辦公廳發(fā)布的《新型冠狀病毒實(shí)驗(yàn)室生物安全指南（第二版）》，新型冠狀病毒按照病原微生物危害程度分類中第二類病原微生物進(jìn)行管理，樣品的檢測(cè)應(yīng)在生物安全二級(jí)實(shí)驗(yàn)室開展，放開操作應(yīng)在生物安全柜中進(jìn)行，檢測(cè)人員采用三級(jí)生物安全防護(hù)。同時(shí)該病毒具有較強(qiáng)的人際傳播和空氣傳播的能力，樣品在提取核酸之前進(jìn)行滅活處理，可對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)物料和病料盡可能地單向流動(dòng)，這樣可以最大限度地降低交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。

基于以上幾點(diǎn)，新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的工藝平面如圖2所示。核酸檢測(cè)過程復(fù)雜，包括樣品信息錄入、核酸提取、基因擴(kuò)增、結(jié)果分析等環(huán)節(jié)。

圖2 新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的工藝平面布局圖Fig.2 Process layout plan of novel coronavirus nucleric acid test lab

由于檢測(cè)人員采用三級(jí)生物安全防護(hù)，所以各個(gè)更衣間均進(jìn)行了擴(kuò)大，以滿足檢測(cè)人員穿脫防護(hù)裝 備。

樣品儲(chǔ)存區(qū)設(shè)計(jì)有樣品接收間、樣品儲(chǔ)存間和樣品滅活間。樣品接收間設(shè)計(jì)為無(wú)接觸接收，送樣人員通過樣品接收間的推拉窗將樣品放在接收臺(tái)上，收樣人員對(duì)樣品表面進(jìn)行消殺后進(jìn)行信息錄入和入庫(kù)。由于樣品來樣集中且量大，需要較大的儲(chǔ)存間來儲(chǔ)存樣品，同時(shí)根據(jù)國(guó)家衛(wèi)生健康委辦公廳發(fā)布的《新冠狀病毒感染肺炎實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)指南（第三版）》，待檢樣品需要保存溫度為-70 ℃或以下，則可使用-70 ℃超低溫冰箱來儲(chǔ)存。所以樣品儲(chǔ)存間設(shè)多臺(tái)超低溫冰箱用于樣品的儲(chǔ)存。樣品除了咽拭子、鼻拭子，還有相當(dāng)一部分是黏稠的痰液，如帶有病毒，也會(huì)比其他樣品含量更高，是傳染風(fēng)險(xiǎn)最高的一種樣品。所以在檢測(cè)前需要對(duì)樣品的進(jìn)行滅活處理。根據(jù)武漢大學(xué)人民醫(yī)院檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)證明：與原始樣品對(duì)比，樣品在56 ℃滅活45 min 后的核酸檢測(cè)結(jié)果未見明顯差異[4]。所以在該區(qū)域設(shè)計(jì)樣品滅活間，內(nèi)設(shè)多臺(tái)滅菌烘箱用于樣品的滅活。

圖2 中的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)采用實(shí)時(shí)熒光PCR 法進(jìn)行核酸的擴(kuò)增和分析，將擴(kuò)增間和分析間合并為擴(kuò)增分析間。標(biāo)本制備間的核酸提取使用多臺(tái)全自動(dòng)核酸提取系統(tǒng)，該房間的面積需求比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)本制備間要大，以滿足多臺(tái)全自動(dòng)核酸提取系統(tǒng)的放置和檢測(cè)人員的操作空間。為了實(shí)現(xiàn)物料和病料單向流動(dòng)，圖2 中的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了污物走道，未使用的清潔物料和樣品通過清潔走道的傳遞窗進(jìn)入到各個(gè)房間，檢測(cè)使用的試劑和提取后的核酸均通過實(shí)驗(yàn)室之間的傳遞窗進(jìn)行傳遞，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的污物消毒后通過傳遞窗傳遞到污物走道。這三個(gè)流線的傳遞窗均不混用，實(shí)現(xiàn)了未使用的清潔物料和樣品、檢測(cè)使用的試劑和提取后的核酸、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的污物這三種物流無(wú)交叉，各行其道。

2 新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)

由于新型冠狀病毒具有較強(qiáng)的傳染傳播能力，其核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)采用全新風(fēng)組合式空調(diào)系統(tǒng)，以避免病毒通過空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)在各操作房間之間通過風(fēng)管系統(tǒng)傳播，同時(shí)也可避免各房間相互干擾，影響檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。在凈化要求方面，相比傳統(tǒng)的核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室有較高的凈化需求，新風(fēng)需經(jīng)熱濕處理及三級(jí)（初效+中效+高效/亞高效）過濾后送入室內(nèi)；同時(shí)各房間排風(fēng)口應(yīng)單獨(dú)設(shè)置高效過濾器，避免病毒擴(kuò)散出去對(duì)外界造成污染。

表1 新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室空調(diào)凈化參數(shù)Tab.1 Air-conditioning cleaning parameters for novel coronavirus nucleric acid test lab

根據(jù)《臨床基因擴(kuò)增檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室工作規(guī)范》，核酸檢測(cè)的氣流只能單向流動(dòng)，即從試劑儲(chǔ)存和試劑準(zhǔn)備間→標(biāo)本制備間→擴(kuò)增分析間流動(dòng)，房間壓差梯度應(yīng)依次遞減，不得逆向流動(dòng)。壓差布置及參數(shù)參考表1所示。標(biāo)本制備間和擴(kuò)增分析間應(yīng)采用絕對(duì)負(fù)壓。為防止樣品的傳染暴露風(fēng)險(xiǎn)，樣品接收和儲(chǔ)存滅活，也應(yīng)采用絕對(duì)負(fù)壓。

實(shí)驗(yàn)室各房間換氣次數(shù)不應(yīng)小于15 次/h，空調(diào)系統(tǒng)可采用定風(fēng)量系統(tǒng)或變風(fēng)量系統(tǒng)。表2 是定風(fēng)量系統(tǒng)和變風(fēng)量系統(tǒng)的比較，定風(fēng)量系統(tǒng)采用定風(fēng)量文丘里閥；系統(tǒng)一直維持最大需求風(fēng)量運(yùn)行，能耗高，單定風(fēng)量文丘里閥相對(duì)便宜，初投資較低。變風(fēng)量系統(tǒng)采用變風(fēng)量文丘里閥，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求風(fēng)量運(yùn)行，非工作時(shí)間可降低換氣次數(shù)調(diào)整為節(jié)能模式，能耗低，但是變風(fēng)量文丘里閥較定風(fēng)量文丘里閥價(jià)格高50%，同時(shí)控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，初始投資較高。所以新建項(xiàng)目和投資充裕的條件下建議采用變風(fēng)量系統(tǒng)。

表2 定風(fēng)量控制系統(tǒng)和變風(fēng)量控制系統(tǒng)的比較Tab.2 Comparison between constant-air-volume control system and variable-air-volume control system

2.2 電氣通信設(shè)計(jì)

對(duì)于新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室必須保證用電的可靠性，才能防止致病因子擴(kuò)散，故其設(shè)計(jì)用電負(fù)荷不宜低于二級(jí)。對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中使用的生物安全柜，冰箱，送排風(fēng)機(jī)，溫濕度監(jiān)控等設(shè)備都應(yīng)配備備用電源。

新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的照明除了普通照明燈以外，其核酸提取器、生物安全柜、房間內(nèi)部都需紫外線燈消毒。紫外線消毒燈在電壓為220 V、相對(duì)濕度為60%、溫度為20℃時(shí)，輻射的253.7 nm紫外線強(qiáng)度（使用中的強(qiáng)度）應(yīng)不低于70 μW/ cm2[4]。紫外線燈的安裝應(yīng)采取懸吊式或移動(dòng)式直接照射。對(duì)于房間內(nèi)懸吊式紫外線消毒燈安裝數(shù)量（30 W 紫外線燈，在垂直1 m 處輻射強(qiáng)度高于70 μW/cm2）為平均每立方米不少于1.5 W，并且要求分布均勻、吊裝高度距離地面1.8～2.2 m，連續(xù)照射時(shí)間不小于30 min[5]，使得人的呼吸帶處于有效照射范圍。

2.3 廢棄污物的處理設(shè)計(jì)

新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中的廢棄污物不能直接排放和扔棄。液體廢物應(yīng)進(jìn)行收集并徹底滅活后方可排放。新建項(xiàng)目和有條件的改造項(xiàng)目建議設(shè)計(jì)活性廢水處置裝置，廢水通過管道進(jìn)入裝置，經(jīng)過高溫滅菌后再排放，這種方式處理的廢水在完全密閉的環(huán)境下進(jìn)行消殺，泄漏的風(fēng)險(xiǎn)可控。如沒有條件，只能進(jìn)行人工收集的項(xiàng)目，建議制定詳細(xì)SOP，嚴(yán)格培訓(xùn)后上崗，防止沒有消殺的廢水泄漏。固體廢物在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的手提式滅菌器中進(jìn)行壓力蒸汽滅菌處理，再沿廢棄物通道移出實(shí)驗(yàn)室。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室工藝平面、通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)和廢棄污物處理的要點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了新型冠狀病毒核酸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室需要人員和物品的單向流動(dòng)，設(shè)置樣品滅活設(shè)施，擴(kuò)大更衣和樣品制備的空間；通風(fēng)空調(diào)需經(jīng)熱濕處理及三級(jí)過濾、控制壓差梯度、設(shè)置變風(fēng)量系統(tǒng)；電氣需要二級(jí)負(fù)荷保證和紫外燈消毒；廢棄污物需要滅活處理等設(shè)計(jì)要點(diǎn)；供相應(yīng)建設(shè)單位和設(shè)計(jì)同行參考。