一、引言

伯乐Gene Pulser Xcell电穿孔仪是一款高性能的基因导入设备，采用可控高压脉冲技术，使外源DNA、RNA或蛋白质分子快速进入细胞。
该仪器因其输出稳定、波形可选、重复性好和适用范围广，在微生物工程、植物生物技术、哺乳动物细胞转染、疫苗研究以及基因治疗等领域得到广泛应用。

其核心优势在于：

• 高度可调的电压、电容、电阻参数；

• 支持指数波与方波两种放电模式；

• 适配不同电极间距与样品体积；

• 具备电弧防护与自动监控系统；

• 可储存上百条实验参数，适用于多样化实验环境。

二、应用原理概述

电穿孔（Electroporation）是一种物理转化方法。当细胞悬液在瞬间高电场下受到电压刺激时，细胞膜的磷脂双层结构会暂时打开形成纳米孔洞，外源核酸分子可通过这些孔洞进入细胞内部。
电场撤去后，细胞膜迅速恢复完整性，外源分子得以被保留。

基本参数关系：

• 电场强度 $E=V/d$；

• 时间常数 $\tau =RC$；

• 细胞转化效率与膜孔形成的可逆性密切相关。

不同生物体系的膜特性与细胞壁厚度差异较大，因此电压、脉冲时间、缓冲液导电性等参数需要针对性优化。Gene Pulser Xcell的可调节模块使得这些实验条件可精确控制，从而实现广泛适配性。

三、主要应用领域

（一）细菌基因转化实验

1. 实验背景

在分子克隆与重组DNA实验中，常需将质粒DNA导入大肠杆菌（E. coli）中。电穿孔相较于化学转化法（CaCl₂法）具有效率高、适用于大质粒、无需热激的优点。

2. 实验步骤

1. 制备感受态细胞：

• 培养至OD₆₀₀≈0.6；

• 低温洗涤3次，使用无离子甘油溶液重悬；

• 保持样品4℃。

2. DNA混合：

• 加入1–2 µL高纯度质粒DNA至40 µL细胞悬液；

• 轻轻混匀。

3. 电穿孔操作：

• 使用0.2 cm间距电击杯；

• 设置电压：1800–2500 V；

• 电容：25 µF；

• 电阻：200 Ω；

• 单脉冲。

4. 复苏培养：

• 电击后立即加入1 mL SOC培养基；

• 37℃振荡复苏1小时；

• 涂布抗性平板培养。

3. 实验结果

可获得高达10⁹ CFU/µg DNA的转化效率，优于传统化学法十倍以上。
若出现Arc Error，则需降低导电性或减少体积。

（二）酵母及真菌转化实验

1. 应用意义

酵母因其真核特性与高表达能力，是研究蛋白表达与代谢工程的重要模型。Gene Pulser Xcell支持精确调控时间常数，使酵母细胞膜在不致死的情况下打开，从而获得较高导入率。

2. 实验参数参考

• 电极间距：0.2 cm；

• 电压：1500 V；

• 电容：200 µF；

• 电阻：600 Ω；

• 使用1 M山梨醇溶液作为缓冲液以保护细胞。

3. 步骤要点

1. 酵母洗涤去除培养基离子；

2. 使用预冷溶液保持膜流动性；

3. 电击后立即置入含山梨醇复苏液；

4. 复苏2小时后进行筛选。

4. 应用结果

经优化条件后，转化效率可达10⁷ CFU/µg DNA，细胞存活率在80%以上。

（三）动物细胞电转染实验

1. 应用概述

在哺乳动物细胞实验中，电穿孔用于将质粒DNA或RNA导入细胞进行瞬时或稳定表达。Gene Pulser Xcell的方波模式可有效维持恒定电场，提高膜开孔的可控性。

2. 实验示例

• 细胞类型：HEK293T或CHO细胞；

• 电极间距：0.4 cm；

• 电压：250–800 V；

• 方波持续时间：5–10 ms；

• 脉冲次数：2次，间隔0.5秒。

3. 注意事项

• 使用低电导缓冲液（如Opti-MEM或无血清DMEM）；

• 细胞密度控制在1×10⁶/mL；

• 避免细胞聚团；

• 电击后立即转入预热培养基中恢复。

4. 实验结果

经优化参数后，瞬时表达率可达70%以上，细胞活率维持在75–85%。适用于抗体表达、基因编辑（CRISPR-Cas9）、siRNA导入等实验。

（四）植物原生质体电穿孔实验

1. 原理与意义

植物原生质体无细胞壁结构，易受电场作用，是植物基因导入与基因编辑研究的理想体系。

2. 实验条件

• 电极间距：0.4 cm；

• 电压：400–600 V；

• 电容：500 µF；

• 电阻：∞（开路）；

• 样品温度保持4℃。

3. 操作流程

1. 分离并纯化原生质体，调整浓度1×10⁶/mL；

2. 混合质粒DNA（10 µg/mL）；

3. 执行电击；

4. 立即置于复苏缓冲液（含甘露醇、CaCl₂）中；

5. 25℃培养12小时后显微镜观察荧光表达。

4. 实验效果

经电穿孔后，GFP报告基因表达效率可达60%，说明基因导入成功且细胞仍具代谢活性。

（五）病毒载体与免疫学研究

Gene Pulser Xcell还可用于病毒包装细胞系的瞬时转染，例如将病毒载体质粒导入HEK293T进行慢病毒或腺病毒制备。此外，电穿孔还能应用于免疫细胞转导（如T细胞CAR构建），实现快速、非病毒转化。

典型参数：

• 电压：250 V；

• 方波时长：10 ms × 3次；

• 间隔0.5秒；

• 使用专用电转缓冲液（低盐、无血清）。

转化后T细胞的活率可维持在70%左右，适用于临床前免疫治疗研究。

四、实验优化策略

1. 电场强度优化
   电压与间距决定电场强度。应根据细胞大小调整，过高会导致不可逆破裂，过低则孔洞不足。

2. 缓冲液导电性控制
   低导电液体能延长脉冲持续时间，减少热效应。一般电导率应小于0.5 mS/cm。

3. 温度管理
   低温（4℃）有助于维持细胞膜稳定，防止过热导致死亡。

4. 脉冲模式选择

• 指数波：适合细菌、真菌；

• 方波：适合动物细胞、原生质体。

5. DNA质量与浓度
   使用高纯度DNA（A₂₆₀/A₂₈₀≈1.8），浓度过高可能引起电弧。

6. 样品体积与电极间距匹配
   体积过多会短路，过少会电场分布不均。应根据电击杯型号严格控制。

7. 重复性验证
   对每一细胞类型重复测试3–5次，计算平均转化率与标准差，确保稳定性。

五、结果评估与数据分析

1. 转化效率
   通过菌落计数、荧光显微镜或流式细胞仪分析。

2. 细胞活率
   使用台盼蓝染色或MTT检测。

3. 电击曲线分析
   Gene Pulser Xcell自动显示电压曲线与时间常数，可用于判断放电完整性。

4. 重复性与误差
   若标准差（SD）大于10%，需重新评估电场与缓冲液参数。

5. 质粒整合验证
   可通过PCR或Southern blot验证外源基因是否稳定存在。

六、拓展实验实例

1. 基因编辑实验（CRISPR-Cas9系统）

通过电穿孔导入Cas9表达质粒与gRNA片段，实现精准基因敲除。
适用细胞：HEK293T、CHO、K562等。
转染效率可达70%，编辑效率约40%。

2. 蛋白质表达研究

将重组质粒电转入酵母或CHO细胞，用于目标蛋白的大量表达与纯化。

3. RNA干扰实验

通过电穿孔导入siRNA分子至哺乳动物细胞，快速实现基因沉默。

4. 疫苗与抗体研发

用于免疫细胞电转以表达特定抗原蛋白，为疫苗研究提供模型。

5. 微生物代谢工程

将代谢途径基因簇导入工业菌株，提升发酵产量。

七、安全与维护

1. 操作前确保接地；

2. 电击过程中禁止触摸电极；

3. 电穿孔杯必须清洁无残留盐；

4. 若出现“Arc Error”，立即停止操作并更换样品；

5. 电极长期使用后应定期更换；

6. 定期校准电压、电容，确保输出准确；

7. 每次实验结束后用去离子水清洗电击槽并擦干；

8. 使用防静电桌面及干燥储存环境。

八、性能优势总结

九、结论

伯乐Gene Pulser Xcell电穿孔仪以其高精度脉冲控制、智能安全系统和广泛应用兼容性，成为现代基因导入研究的核心设备之一。
通过合理设置参数与科学操作，可实现对细菌、酵母、动物及植物细胞的高效基因转化。无论在基础科研还是工业生物技术中，Gene Pulser Xcell都展现出卓越的应用价值。

在“质保3年只换不修，厂家长沙实了个验仪器制造有限公司”的技术保障下，该设备在使用寿命内能长期保持稳定性能，为科研人员提供可靠、高效、安全的实验平台。