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伯樂 GenePulser Xcell 電穿孔儀儀器介紹

一、概述

伯樂 GenePulser Xcell 電穿孔儀是一款高性能、模塊化設(shè)計的電穿孔系統(tǒng)，專為基因?qū)搿⒓毎D(zhuǎn)化、質(zhì)粒轉(zhuǎn)染及電融合等分子生物學(xué)實驗而設(shè)計。該儀器由美國伯樂公司研發(fā)制造，以其穩(wěn)定的脈沖輸出、精確的控制系統(tǒng)和廣泛的適用性，成為全球科研機構(gòu)、醫(yī)學(xué)院校和生物實驗室的主流電穿孔平臺之一。

GenePulser Xcell 的設(shè)計核心是可控高壓脈沖技術(shù)。通過短時間高電場刺激，使細胞膜暫時形成可逆性微孔，從而使 DNA、RNA、蛋白質(zhì)或其他帶電分子進入細胞。該過程不依賴化學(xué)載體或病毒載體，操作簡便、安全高效。其高重復(fù)性與精確控制能力，使其在哺乳動物細胞、細菌、酵母、真菌及植物原生質(zhì)體的研究中表現(xiàn)卓越。

二、儀器結(jié)構(gòu)組成

GenePulser Xcell 系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下部分組成：

1. 主機控制單元（Main Unit）

主機為系統(tǒng)核心，負責(zé)電壓輸出、脈沖控制及數(shù)據(jù)采集。其內(nèi)部集成高壓電容儲能系統(tǒng)、放電電路和智能監(jiān)控模塊。
主機面板配備 LCD 顯示屏與操作鍵盤，可直接設(shè)定電壓、電容、電阻、脈沖數(shù)與波形類型。內(nèi)置 PulseTrac? 動態(tài)反饋系統(tǒng)，可實時監(jiān)測脈沖輸出波形并自動調(diào)整參數(shù)，保證每次放電的穩(wěn)定性。

2. ShockPod 電擊腔

ShockPod 是樣品電擊的執(zhí)行裝置，負責(zé)將主機產(chǎn)生的高壓脈沖均勻傳遞至樣品。其結(jié)構(gòu)堅固，內(nèi)置安全鎖定機制，未蓋緊時系統(tǒng)自動阻止放電。電極采用高純金屬材料，導(dǎo)電性好、抗腐蝕能力強，保證了電場的均勻分布和實驗重復(fù)性。

3. CE 模塊（Capacitance Extender Module）

CE 模塊用于擴展電容容量范圍，適合大體積樣品或需長時間脈沖的實驗。電容調(diào)節(jié)范圍從 25 μF 到 3,275 μF，可實現(xiàn)更寬廣的時間常數(shù)設(shè)定，為不同細胞類型提供更靈活的選擇。

4. PC 模塊（Pulse Controller Module）

PC 模塊可增加并聯(lián)電阻，控制脈沖電流輸出特性，防止電弧和過流。電阻范圍為 50–1,000 Ω，可精確調(diào)節(jié)輸出波形形態(tài)。此模塊尤其適用于哺乳動物細胞的方波電穿孔。

5. 比色皿（Cuvette）

比色皿是樣品容器，由透明聚碳酸酯制成，內(nèi)置平行金屬電極。標(biāo)準(zhǔn)間隙包括 0.1、0.2、0.4 cm，分別適合細菌、酵母與哺乳動物細胞。比色皿通過 ShockPod 電極接觸傳導(dǎo)電流，實現(xiàn)樣品電擊。

三、工作原理

電穿孔的原理基于電場作用下細胞膜的暫時可逆擊穿。當(dāng)外加電場強度達到閾值時，細胞膜兩側(cè)的電位差使磷脂雙層結(jié)構(gòu)發(fā)生瞬時重排，在膜表面形成納米級通道。這些微孔在電場撤除后可自行關(guān)閉，而外源物質(zhì)（如質(zhì)粒 DNA 或 RNA）趁此時進入細胞內(nèi)部，實現(xiàn)分子導(dǎo)入。

GenePulser Xcell 通過內(nèi)部高壓電容儲能，在毫秒級時間內(nèi)釋放強脈沖電場。儀器可輸出兩種波形：

1. 指數(shù)衰減波（Exponential Decay Pulse）
   電壓在放電過程中逐漸衰減，波形符合指數(shù)規(guī)律。適用于細菌、酵母等細胞壁較厚或電阻較高的系統(tǒng)。

2. 方波（Square Wave Pulse）
   電壓在設(shè)定時間內(nèi)保持恒定后迅速下降，脈沖形狀方正穩(wěn)定。適用于哺乳動物細胞和敏感細胞類型，能量分布均勻，細胞損傷較小。

通過電壓、電容、電阻及脈沖時間的配合控制，用戶可精確設(shè)定脈沖能量，實現(xiàn)對不同細胞類型的最優(yōu)穿孔效果。

四、主要技術(shù)參數(shù)

該系統(tǒng)具備自動檢測樣品電阻功能，若電阻過低，會自動中斷放電并提示警報，防止設(shè)備或樣品損壞。

五、儀器特點

1. 模塊化靈活設(shè)計

主機可獨立使用，也可搭配 CE 與 PC 模塊組成完整系統(tǒng)。用戶可根據(jù)實驗需求自由組合，實現(xiàn)多種應(yīng)用場景。

2. 精準(zhǔn)脈沖控制

采用高精度數(shù)控系統(tǒng)，可微調(diào)電壓、電容和時間常數(shù)。PulseTrac 動態(tài)反饋回路保證每次脈沖能量一致，避免批次差異。

3. 自動安全保護

儀器具備安全互鎖機制，在 ShockPod 蓋未關(guān)閉時自動阻斷高壓輸出，防止誤操作。系統(tǒng)還設(shè)有過流、過溫及短路保護。

4. 智能化操作界面

LCD 顯示屏直觀顯示參數(shù)設(shè)置與波形信息。菜單式操作邏輯簡潔，支持多語言顯示與用戶程序儲存功能。

5. 廣泛適用范圍

可適用于多種細胞類型，包括：

• 細菌（如 E. coli、Bacillus subtilis）；

• 酵母與真菌（如 S. cerevisiae、Candida albicans）；

• 哺乳動物細胞（如 CHO、HEK293、COS-7、3T3）；

• 植物原生質(zhì)體及藻類細胞。

6. 高重復(fù)性與可靠性

每次脈沖輸出均自動記錄實際電壓、電流和時間常數(shù)，便于實驗追蹤和重復(fù)驗證。

六、操作流程簡述

1. 開機自檢：系統(tǒng)自動檢測模塊連接與電路狀態(tài)。

2. 參數(shù)設(shè)定：選擇模式（手動、預(yù)設(shè)、用戶程序），輸入電壓、電容、脈沖數(shù)等。

3. 樣品準(zhǔn)備：將細胞與核酸混合于比色皿中，去除氣泡。

4. 放置比色皿：插入 ShockPod 電極槽并蓋緊上蓋。

5. 執(zhí)行電擊：按下“Pulse”鍵，系統(tǒng)釋放高壓脈沖。

6. 數(shù)據(jù)記錄：實驗結(jié)束后儀器顯示實際電參數(shù)，可儲存或?qū)С觥?/p>

7. 后處理：將樣品立即轉(zhuǎn)入復(fù)蘇培養(yǎng)基中。

整個過程安全、簡便、可控，適合新手與高級研究人員使用。