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伯乐 GenePulser Xcell 电穿孔仪实验流程详解

一、设备概述

Bio-Rad GenePulser Xcell 电穿孔仪是一款高性能的基因导入系统，能够在短时间内对细胞施加强电场，使细胞膜暂时形成可渗透通道，让 DNA、RNA 或蛋白质等外源分子进入细胞。该系统模块化设计灵活，操作简便，广泛应用于哺乳动物细胞、细菌、酵母、真菌以及植物原生质体的电转化实验中。
设备配备主机单元、ShockPod 电击腔、CE 电容扩展模块和 PC 电阻控制模块，可实现不同波形（指数衰减波和方波）输出，满足多种实验需求。仪器具备精准电压控制、电弧保护和数据存储功能，确保实验的重复性与安全性。

为了帮助操作者高效掌握 GenePulser Xcell 的使用方法，以下对实验全过程进行详细说明，包括实验准备、参数设定、电击操作、样品恢复及数据记录等步骤。

二、实验前准备

1. 仪器检查与工作环境

在实验前，确认主机、电击腔和模块连接稳固。检查高压线缆是否老化，确保接地良好。仪器应置于平稳干燥的实验台上，避免靠近水源或电磁干扰设备。
通电前确认电源电压与仪器额定电压一致，开机后待系统自检完成方可操作。

2. 实验材料准备

准备新鲜健康的细胞样品、无菌比色皿（0.1、0.2 或 0.4 cm 间隙）、低导电电穿孔缓冲液、移液枪与无菌枪头。
质粒或核酸样品应纯度高、无盐离子残留。实验前将所有液体与比色皿预冷至 4 ℃，以减轻电击造成的热损伤。

3. 细胞处理

细胞的生理状态决定电穿孔效果。

• 哺乳动物细胞：选择对数生长期的贴壁或悬浮细胞，转入前以 1×PBS 洗涤两次，去除血清离子。浓度控制在 5×10⁵–1×10⁶ 个/mL。

• 细菌：使用电感受态细胞，OD₆₀₀ 在 0.5–0.7 之间，洗涤后悬浮于无盐缓冲液。

• 酵母或真菌：用低离子缓冲液清洗数次以去除培养基残留。

4. 比色皿准备

根据细胞类型选择合适间隙：

• 0.1 cm：适用于细菌；

• 0.2 cm：适用于酵母；

• 0.4 cm：适用于哺乳动物细胞。
  加入样品时要缓慢注入，避免气泡产生。气泡是电弧的主要诱因，可能导致样品烧毁。

三、实验设置流程

1. 系统启动

插上电源，打开主机。系统自检完成后进入主界面。确认 ShockPod 盖子关闭良好，显示屏显示 “Ready” 状态。

2. 选择操作模式

GenePulser Xcell 提供三种操作模式：

• 手动模式（Manual）：适合自定义实验参数。

• 预设程序模式（Preset Protocol）：内置多种细胞类型参数，可快速调用。

• 用户程序模式（User Protocol）：可储存常用参数供重复实验使用。

选择相应模式后，确认连接的模块类型，如 CE 模块或 PC 模块，以便系统正确识别控制参数。

3. 设定实验参数

不同模式下的参数略有差别，但核心包括以下几项：

（1）电压

决定电场强度。E=V/d，其中 d 为比色皿间隙。
哺乳动物细胞一般设置在 100–300 V，细菌可达 1800–2500 V。
应根据细胞耐受性逐步优化，避免一次设置过高。

（2）电容或时间常数

在指数衰减波模式中，电容控制放电能量和持续时间。
低电容（25–125 µF）产生短脉冲，适合细菌；高电容（500–1000 µF）产生长脉冲，适用于真核细胞。
时间常数 τ=RC，可直接显示在仪器结果界面。

（3）脉冲持续时间与数量

方波模式下设定脉冲时间（0.05–100 ms）与次数（1–10 次）。
难转染细胞可适度增加脉冲数或时间，但应注意存活率。

（4）间隔时间

多脉冲间需设定间隔 0.1–10 s。时间过短会导致细胞尚未恢复再次受击而死亡。

（5）电阻调节

若使用 PC 模块，可增加并联电阻（50–1000 Ω）稳定输出。样品电阻过低时必须调整以防短路。

四、电穿孔操作步骤

1. 加载样品

准备好的细胞悬液与核酸混合均匀后，吸入比色皿中。
每次加入体积应略小于比色皿容量（如 0.4 cm 比色皿加样 250 µL 左右）。
轻轻敲击比色皿壁使气泡浮出并移除。

2. 放入 ShockPod

将比色皿放入电击腔底部凹槽，确保电极端完全接触金属接点。盖紧 ShockPod 上盖。

3. 执行电击

检查显示屏上参数无误后，按下 “Pulse” 按钮。系统发出提示音后立即执行电击。
电击时间通常为几毫秒到几十毫秒，结束后仪器显示实际电压、电流及时间常数。
电击期间禁止触摸仪器及样品。若出现异常响声或放电闪光，应立即停止操作。

4. 取出样品

电击结束后，等待显示屏恢复 “Ready” 状态，再打开 ShockPod 盖子。
取出比色皿，迅速将样品转入预冷复苏液或培养基中。
电击后细胞膜短暂开放，应立即处理以促进修复。

五、样品复苏与后处理

1. 哺乳动物细胞

电击后立即加入适量含血清培养基，静置 5–10 分钟以恢复膜完整性，再转入培养皿培养。
过早离心或更换培养基会增加死亡率。

2. 细菌样品

加入 800 µL 复苏液（SOC 或 SOB），在 37 ℃ 振荡 1 小时以表达抗性基因。
随后可用于涂板筛选。

3. 酵母与真菌

电击后将细胞转入富含营养的复苏培养基中，30 ℃ 下静置 1–2 小时，再进行筛选或培养。

六、数据记录与分析

1. 实时监控数据

电击结束后，仪器自动显示输出电压、时间常数、电流峰值等信息。
这些数据反映了放电过程的真实情况，应记录保存以便优化实验。

2. 存储与导出

GenePulser Xcell 可自动保存最近 100 次实验记录。
建议定期导出数据至电脑或记录本中，包括：

• 实验日期

• 样品类型

• 电压、电容、电阻、时间常数

• 实际电流与脉冲图形

• 转染效率与存活率评价

3. 参数优化

通过多次实验比较不同条件下的结果，绘制电压—转染率或时间—存活率曲线。
选择兼顾高效率与高存活的参数作为标准条件。

七、实验安全与防护

1. 防电击

仪器最高输出达 3,000 V。操作时应保证手部干燥，不得触碰电击腔。
仅在 ShockPod 盖子关闭时方可电击，严禁裸露比色皿通电。

2. 防电弧

确保样品中无气泡、电极清洁、比色皿无裂纹。
缓冲液导电性适中，不含高浓度盐。实验前样品充分冷却可降低风险。

3. 防污染

所有耗材必须无菌处理。操作台表面用 70% 乙醇擦拭，防止交叉污染。
实验后废液需按生物危害废弃物处理。

八、常见问题与处理方法

1. 出现电弧或火花：
   可能因气泡、电极脏、样品导电性过高。应重新制备样品、清洁比色皿或降低盐浓度。

2. 转染效率低：
   可能电场强度不足或电击时间太短。适度提高电压或延长脉冲。

3. 细胞死亡率高：
   电压过高或多脉冲间隔过短。应减小电场强度或增加间隔时间。

4. 无电击反应：
   可能比色皿未接触接点或模块未识别。检查 ShockPod 安装与模块连接。

5. 结果重复性差：
   样品电阻波动大、温度不稳定或缓冲液浓度不一致。建议统一制备体系并保持低温操作。

九、实验结束与设备维护

1. 清理仪器

关闭电源并拔掉插头。
用软布蘸去离子水清洁机身与电击腔表面。避免液体流入插口。

2. 比色皿与电极维护

使用后立即用去离子水冲洗比色皿，晾干保存。若电极发黑可用无水乙醇轻擦。
严禁使用酸性溶液清洗，以防腐蚀。

3. 模块检查

每月检查一次 CE 与 PC 模块接口是否牢固。长期使用后建议半年进行一次全面校准。
若发现输出电压偏差或电流异常，应停止使用并联系厂家检测。

十、数据整理与报告

实验完成后，应及时整理数据并撰写实验报告，内容包括：

• 细胞类型与批次

• 样品电阻与电导率

• 各参数设定值与实际输出值

• 转染效率统计结果

• 异常现象与原因分析

• 后续改进建议

标准化的数据记录有助于提高实验可重复性，也能在不同批次间实现条件比对。

十一、质量与售后说明

GenePulser Xcell 电穿孔仪由长沙实了个验仪器制造有限公司生产，整机质保三年，实行“只换不修”的服务政策。
使用过程中若出现非人为损坏的性能故障，厂家提供免费更换设备。所有配件均符合国家计量与安全标准。
用户在购买后应妥善保存合格证与发票，以便质保期内享受换机服务。

十二、总结

GenePulser Xcell 电穿孔仪实验流程从样品准备到电击操作，每一步都影响最终结果。成功的关键在于：

1. 严格控制细胞状态与缓冲体系；

2. 消除气泡与电弧隐患；

3. 精确设定电压、电容、时间常数等参数；

4. 保证安全操作与充分复苏；

5. 规范记录、分析与维护。