伯乐 GenePulser Xcell 电穿孔仪系统操作教程

一、设备概述

伯乐（Bio-Rad）GenePulser Xcell 电穿孔仪是一款高性能的电穿孔系统，主要用于将核酸、蛋白质或其他生物大分子导入细胞。该系统广泛应用于细菌、酵母、哺乳动物细胞、植物原生质体等多种细胞类型中，具有操作简便、参数可控、重复性好等优点。

系统由主机、电容放电模块、波形控制模块、样品电击槽及配套电极组成。GenePulser Xcell 通过产生短暂且高强度的电场，使细胞膜瞬时可渗透，从而促进外源 DNA 或 RNA 分子进入细胞内部。其设计既保证了实验的高效率，又注重安全与稳定性。

主要特征包括：

• 多模式支持：可进行指数衰减脉冲（Exponential Decay）与方波脉冲（Square Wave）两种模式；

• 智能控制：内置微处理器控制系统，可精准设定电压、电容、电阻及脉冲时间；

• 可视化显示：液晶屏实时显示参数与运行状态；

• 数据可追溯：具备实验程序存储和结果输出功能；

• 高安全性：具有自动放电与过载保护设计。

二、电穿孔原理

电穿孔（Electroporation）是一种物理性转染方法，依靠瞬时高电场作用使细胞膜形成可逆性微孔。当电场撤除后，细胞膜修复，部分外源分子被困在细胞内，实现转染。

其基本过程包括三个阶段：

1. 电场作用期：外加高压导致细胞膜电位升高，形成纳米级通道；

2. 分子导入期：外源 DNA 或 RNA 通过这些瞬时通道进入细胞；

3. 膜修复期：电压结束后，膜通道关闭，细胞恢复完整性。

电场强度、脉冲时间、缓冲液电导率和温度是影响电穿孔效果的关键因素。GenePulser Xcell 可精准调控这些参数，最大化转染效率并降低细胞死亡率。

三、设备组成与接口说明

1. 主机：核心控制单元，包含电容充电模块、电压调节单元和微处理系统；

2. 显示屏与控制面板：用于设定参数、监控进度及显示输出；

3. 电极槽（Cuvette Holder）：放置含样品的电穿孔杯；

4. 连接接口：用于连接不同电极模块，如细胞类型不同可选用不同间距电极；

5. 安全接地接口：确保放电过程中的安全运行；

6. 数据接口：可通过 USB 输出实验参数和结果。

四、实验前准备

1. 设备检查

• 确认电源线完好并可靠接地；

• 检查电极槽清洁无残留液；

• 打开主机电源，确认显示正常；

• 若长时间未使用，应先空载测试。

2. 样品准备

• 选用电穿孔专用缓冲液或低离子强度介质；

• 细胞应处于对数生长期，活力高；

• 外源 DNA/RNA 需高纯度、无蛋白或盐离子污染；

• 使用一次性电穿孔杯，常见间距为 0.2 cm 或 0.4 cm。

3. 安全注意

• 操作人员需佩戴绝缘手套；

• 严禁带电开盖或接触电极；

• 放电结束后等待仪器自动放电完毕再取样。

五、操作步骤

（一）开机与初始化

1. 打开电源；

2. 仪器自检完成后进入主界面；

3. 根据实验需求选择工作模式：指数衰减或方波；

4. 设置参数，如电压（V）、电容（µF）、电阻（Ω）或脉冲时间（ms）；

5. 进行空载测试，确认无报警。

（二）样品加载

1. 将细胞悬液与外源 DNA 混合；

2. 转移至无气泡的电穿孔杯中；

3. 插入电极槽，确保电极接触良好；

4. 关闭防护盖。

（三）执行电穿孔

1. 按下 “PULSE” 按钮；

2. 系统自动充电并在设定参数下放电；

3. 屏幕显示脉冲波形与实际输出参数；

4. 完成后仪器提示“PULSE COMPLETE”。

（四）样品回收

1. 待自动放电结束后取出电穿孔杯；

2. 立即将细胞转移至复苏培养基；

3. 静置 5–10 分钟以促进膜修复；

4. 随后进行培养、筛选或检测。

六、模式与参数设置

1. 指数衰减模式（Exponential Decay）

适用于细菌、酵母等原核生物。
主要参数：

• 电压范围：200–2500 V；

• 电容范围：25–3300 µF；

• 外部电阻：0–1000 Ω；

• 输出波形：电压随时间指数衰减。

2. 方波模式（Square Wave）

适用于哺乳动物细胞和植物原生质体。
主要参数：

• 电压范围：10–1000 V；

• 脉冲时间：0.05–99.9 ms；

• 可设置单脉冲或多脉冲；

• 波形平稳，能量释放均匀。

3. 参数优化原则

• 电压过低：转染效率低；

• 电压过高：细胞死亡率上升；

• 电容增大：脉冲持续时间延长；

• 介质导电性高：能量消耗快，需降低电压；

• 每种细胞应先进行参数梯度实验以确定最优条件。

七、实验后的清洁与维护

1. 使用无离子水冲洗电极槽；

2. 擦干表面，防止电极氧化；

3. 定期检查电缆及接口；

4. 每三个月校验一次输出电压；

5. 若长期不使用，应拔掉电源并防潮保存。

八、安全操作规范

• 严禁非专业人员拆机；

• 实验区域应干燥、无导电液体；

• 使用后等待自动放电完成再处理；

• 若出现报警提示，应立即断电检查；

• 建议每次实验前后记录运行日志，确保数据可追溯。

九、常见问题与解决方法

十、应用实例

1. 大肠杆菌感受态制备与转化
   使用 0.2 cm 间距电极杯，设定电压 2.5 kV、电容 25 µF。放电后立即加入 1 mL SOC 培养基，37℃ 复苏 1 小时，再进行抗性筛选。

2. CHO 细胞转染实验
   使用方波模式，电压 250 V，脉冲时间 10 ms，间隔 0.5 s，连续 2 次脉冲。随后置于含血清培养基中复苏。

3. 酵母电转实验
   电压 1.5 kV，电容 50 µF，电阻 200 Ω，细胞处理液中含 1 M 山梨醇以提高存活率。

十一、维护与校准建议

• 月度维护：清洁外壳、检查接地；

• 季度维护：检测电极导通性、确认输出波形；

• 年度维护：由专业技术人员校准电压与时间精度；

• 使用记录：每次操作后记录日期、操作者、参数与结果。

通过规范化维护可延长设备寿命，确保每次电穿孔结果的重复性。

十二、总结

GenePulser Xcell 电穿孔仪以其精确的电控技术、广泛的细胞适用范围及高度安全的操作系统，在分子生物学实验中发挥着核心作用。掌握合理的参数设置与操作规范，不仅能显著提升转染效率，还能减少细胞损伤。

对于科研人员而言，该系统提供了一个稳定、高效、可重复的电穿孔平台，是基因工程、蛋白表达及细胞改造实验中不可或缺的重要工具。