伯樂(lè) GenePulser Xcell 電穿孔儀系統(tǒng)操作教程

一、設(shè)備概述

伯樂(lè)（Bio-Rad）GenePulser Xcell 電穿孔儀是一款高性能的電穿孔系統(tǒng)，主要用于將核酸、蛋白質(zhì)或其他生物大分子導(dǎo)入細(xì)胞。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于細(xì)菌、酵母、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、植物原生質(zhì)體等多種細(xì)胞類(lèi)型中，具有操作簡(jiǎn)便、參數(shù)可控、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)由主機(jī)、電容放電模塊、波形控制模塊、樣品電擊槽及配套電極組成。GenePulser Xcell 通過(guò)產(chǎn)生短暫且高強(qiáng)度的電場(chǎng)，使細(xì)胞膜瞬時(shí)可滲透，從而促進(jìn)外源 DNA 或 RNA 分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。其設(shè)計(jì)既保證了實(shí)驗(yàn)的高效率，又注重安全與穩(wěn)定性。

主要特征包括：

• 多模式支持：可進(jìn)行指數(shù)衰減脈沖（Exponential Decay）與方波脈沖（Square Wave）兩種模式；

• 智能控制：內(nèi)置微處理器控制系統(tǒng)，可精準(zhǔn)設(shè)定電壓、電容、電阻及脈沖時(shí)間；

• 可視化顯示：液晶屏實(shí)時(shí)顯示參數(shù)與運(yùn)行狀態(tài)；

• 數(shù)據(jù)可追溯：具備實(shí)驗(yàn)程序存儲(chǔ)和結(jié)果輸出功能；

• 高安全性：具有自動(dòng)放電與過(guò)載保護(hù)設(shè)計(jì)。

二、電穿孔原理

電穿孔（Electroporation）是一種物理性轉(zhuǎn)染方法，依靠瞬時(shí)高電場(chǎng)作用使細(xì)胞膜形成可逆性微孔。當(dāng)電場(chǎng)撤除后，細(xì)胞膜修復(fù)，部分外源分子被困在細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)染。

其基本過(guò)程包括三個(gè)階段：

1. 電場(chǎng)作用期：外加高壓導(dǎo)致細(xì)胞膜電位升高，形成納米級(jí)通道；

2. 分子導(dǎo)入期：外源 DNA 或 RNA 通過(guò)這些瞬時(shí)通道進(jìn)入細(xì)胞；

3. 膜修復(fù)期：電壓結(jié)束后，膜通道關(guān)閉，細(xì)胞恢復(fù)完整性。

電場(chǎng)強(qiáng)度、脈沖時(shí)間、緩沖液電導(dǎo)率和溫度是影響電穿孔效果的關(guān)鍵因素。GenePulser Xcell 可精準(zhǔn)調(diào)控這些參數(shù)，最大化轉(zhuǎn)染效率并降低細(xì)胞死亡率。

三、設(shè)備組成與接口說(shuō)明

1. 主機(jī)：核心控制單元，包含電容充電模塊、電壓調(diào)節(jié)單元和微處理系統(tǒng)；

2. 顯示屏與控制面板：用于設(shè)定參數(shù)、監(jiān)控進(jìn)度及顯示輸出；

3. 電極槽（Cuvette Holder）：放置含樣品的電穿孔杯；

4. 連接接口：用于連接不同電極模塊，如細(xì)胞類(lèi)型不同可選用不同間距電極；

5. 安全接地接口：確保放電過(guò)程中的安全運(yùn)行；

6. 數(shù)據(jù)接口：可通過(guò) USB 輸出實(shí)驗(yàn)參數(shù)和結(jié)果。

四、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

1. 設(shè)備檢查

• 確認(rèn)電源線完好并可靠接地；

• 檢查電極槽清潔無(wú)殘留液；

• 打開(kāi)主機(jī)電源，確認(rèn)顯示正常；

• 若長(zhǎng)時(shí)間未使用，應(yīng)先空載測(cè)試。

2. 樣品準(zhǔn)備

• 選用電穿孔專(zhuān)用緩沖液或低離子強(qiáng)度介質(zhì)；

• 細(xì)胞應(yīng)處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，活力高；

• 外源 DNA/RNA 需高純度、無(wú)蛋白或鹽離子污染；

• 使用一次性電穿孔杯，常見(jiàn)間距為 0.2 cm 或 0.4 cm。

3. 安全注意

• 操作人員需佩戴絕緣手套；

• 嚴(yán)禁帶電開(kāi)蓋或接觸電極；

• 放電結(jié)束后等待儀器自動(dòng)放電完畢再取樣。

五、操作步驟

（一）開(kāi)機(jī)與初始化

1. 打開(kāi)電源；

2. 儀器自檢完成后進(jìn)入主界面；

3. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇工作模式：指數(shù)衰減或方波；

4. 設(shè)置參數(shù)，如電壓（V）、電容（μF）、電阻（Ω）或脈沖時(shí)間（ms）；

5. 進(jìn)行空載測(cè)試，確認(rèn)無(wú)報(bào)警。

（二）樣品加載

1. 將細(xì)胞懸液與外源 DNA 混合；

2. 轉(zhuǎn)移至無(wú)氣泡的電穿孔杯中；

3. 插入電極槽，確保電極接觸良好；

4. 關(guān)閉防護(hù)蓋。

（三）執(zhí)行電穿孔

1. 按下 “PULSE” 按鈕；

2. 系統(tǒng)自動(dòng)充電并在設(shè)定參數(shù)下放電；

3. 屏幕顯示脈沖波形與實(shí)際輸出參數(shù)；

4. 完成后儀器提示“PULSE COMPLETE”。

（四）樣品回收

1. 待自動(dòng)放電結(jié)束后取出電穿孔杯；

2. 立即將細(xì)胞轉(zhuǎn)移至復(fù)蘇培養(yǎng)基；

3. 靜置 5–10 分鐘以促進(jìn)膜修復(fù)；

4. 隨后進(jìn)行培養(yǎng)、篩選或檢測(cè)。

六、模式與參數(shù)設(shè)置

1. 指數(shù)衰減模式（Exponential Decay）

適用于細(xì)菌、酵母等原核生物。
主要參數(shù)：

• 電壓范圍：200–2500 V；

• 電容范圍：25–3300 μF；

• 外部電阻：0–1000 Ω；

• 輸出波形：電壓隨時(shí)間指數(shù)衰減。

2. 方波模式（Square Wave）

適用于哺乳動(dòng)物細(xì)胞和植物原生質(zhì)體。
主要參數(shù)：

• 電壓范圍：10–1000 V；

• 脈沖時(shí)間：0.05–99.9 ms；

• 可設(shè)置單脈沖或多脈沖；

• 波形平穩(wěn)，能量釋放均勻。

3. 參數(shù)優(yōu)化原則

• 電壓過(guò)低：轉(zhuǎn)染效率低；

• 電壓過(guò)高：細(xì)胞死亡率上升；

• 電容增大：脈沖持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)；

• 介質(zhì)導(dǎo)電性高：能量消耗快，需降低電壓；

• 每種細(xì)胞應(yīng)先進(jìn)行參數(shù)梯度實(shí)驗(yàn)以確定最優(yōu)條件。

七、實(shí)驗(yàn)后的清潔與維護(hù)

1. 使用無(wú)離子水沖洗電極槽；

2. 擦干表面，防止電極氧化；

3. 定期檢查電纜及接口；

4. 每三個(gè)月校驗(yàn)一次輸出電壓；

5. 若長(zhǎng)期不使用，應(yīng)拔掉電源并防潮保存。

八、安全操作規(guī)范

• 嚴(yán)禁非專(zhuān)業(yè)人員拆機(jī)；

• 實(shí)驗(yàn)區(qū)域應(yīng)干燥、無(wú)導(dǎo)電液體；

• 使用后等待自動(dòng)放電完成再處理；

• 若出現(xiàn)報(bào)警提示，應(yīng)立即斷電檢查；

• 建議每次實(shí)驗(yàn)前后記錄運(yùn)行日志，確保數(shù)據(jù)可追溯。

九、常見(jiàn)問(wèn)題與解決方法

十、應(yīng)用實(shí)例

1. 大腸桿菌感受態(tài)制備與轉(zhuǎn)化
   使用 0.2 cm 間距電極杯，設(shè)定電壓 2.5 kV、電容 25 μF。放電后立即加入 1 mL SOC 培養(yǎng)基，37℃ 復(fù)蘇 1 小時(shí)，再進(jìn)行抗性篩選。

2. CHO 細(xì)胞轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)
   使用方波模式，電壓 250 V，脈沖時(shí)間 10 ms，間隔 0.5 s，連續(xù) 2 次脈沖。隨后置于含血清培養(yǎng)基中復(fù)蘇。

3. 酵母電轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)
   電壓 1.5 kV，電容 50 μF，電阻 200 Ω，細(xì)胞處理液中含 1 M 山梨醇以提高存活率。

十一、維護(hù)與校準(zhǔn)建議

• 月度維護(hù)：清潔外殼、檢查接地；

• 季度維護(hù)：檢測(cè)電極導(dǎo)通性、確認(rèn)輸出波形；

• 年度維護(hù)：由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員校準(zhǔn)電壓與時(shí)間精度；

• 使用記錄：每次操作后記錄日期、操作者、參數(shù)與結(jié)果。

通過(guò)規(guī)范化維護(hù)可延長(zhǎng)設(shè)備壽命，確保每次電穿孔結(jié)果的重復(fù)性。

十二、總結(jié)

GenePulser Xcell 電穿孔儀以其精確的電控技術(shù)、廣泛的細(xì)胞適用范圍及高度安全的操作系統(tǒng)，在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著核心作用。掌握合理的參數(shù)設(shè)置與操作規(guī)范，不僅能顯著提升轉(zhuǎn)染效率，還能減少細(xì)胞損傷。

對(duì)于科研人員而言，該系統(tǒng)提供了一個(gè)穩(wěn)定、高效、可重復(fù)的電穿孔平臺(tái)，是基因工程、蛋白表達(dá)及細(xì)胞改造實(shí)驗(yàn)中不可或缺的重要工具。