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伯乐 GenePulser Xcell 电穿孔仪操作培训手册

一、培训目的与意义

电穿孔技术（Electroporation）是现代分子生物学、细胞工程及基因编辑研究中不可或缺的技术之一。它通过在细胞悬液中施加高强度瞬时电场，使细胞膜形成可逆性微孔，从而实现外源 DNA、RNA 或蛋白质分子的导入。相比化学转染或病毒转染方法，电穿孔具有无载体污染、适用细胞类型广、重复性强等显著优点。

伯乐（Bio-Rad）GenePulser Xcell 电穿孔仪作为国际高端电穿孔系统的代表，其精确的参数控制、智能化操作界面以及稳定的脉冲波形输出，能够显著提高实验转染效率与可重复性。本培训旨在帮助科研人员全面掌握该设备的工作原理、操作流程、参数设置、常见问题排查及维护方法，确保实验安全、高效、规范。

二、设备概述

GenePulser Xcell 系统由主机、电容电阻模块、波形控制单元、电极槽、安全保护电路及显示面板组成，具备以下核心功能特征：

1. 双波形系统：支持指数衰减波（Exponential Decay）和方波（Square Wave）两种模式，可适配不同类型细胞；

2. 高精度输出：电压误差小于±1%，保证每次放电一致；

3. 多参数可编程控制：电压、电容、电阻、脉冲次数、间隔时间均可独立设定；

4. 实时监控系统：通过液晶屏显示放电曲线及实际输出参数；

5. 数据存储功能：可保存多达99组实验方案；

6. 安全防护机制：内置自动放电、防电击及过载保护装置。

通过系统化培训，操作者能够熟练掌握仪器结构、工作原理与操作技巧，为后续科研实验打下坚实基础。

三、培训对象与要求

培训对象：

• 分子生物学、细胞生物学、遗传学实验人员；

• 实验室新进科研人员；

• 技术支持与维护工程师。

培训要求：

• 具备基础实验操作能力与生物安全意识；

• 熟悉实验室电气设备使用规范；

• 理解电穿孔基本原理。

培训周期建议为 2 天理论教学 + 1 天实践操作，以实现理论理解与实操掌握的双重目标。

四、理论培训内容

1. 电穿孔原理

当细胞暴露在高电场中，膜两侧形成电位差，导致脂质双层结构局部重排。若跨膜电位超过阈值，形成暂时性的通道孔洞。外源分子由此进入细胞，随后膜结构恢复，完成导入过程。

关键影响因素：

• 电压与电场强度决定孔洞大小；

• 电容与脉冲时间影响膜开放持续时间；

• 电阻决定能量释放速度；

• 缓冲液导电性与温度影响细胞存活率。

2. GenePulser Xcell 系统结构

1. 主机控制单元：负责参数设置与信号输出；

2. 电容/电阻模块：控制能量存储与释放速度；

3. 波形控制模块：选择指数衰减波或方波；

4. 电极槽：放置样品电穿孔杯，确保电场均匀；

5. 安全保护装置：自动放电与过载防护；

6. 显示屏：实时显示实验进度与波形曲线。

3. 操作安全原则

• 操作前必须确认接地良好；

• 禁止在通电状态下开盖或接触电极；

• 电穿孔结束后等待自动放电指示灯熄灭；

• 样品应无气泡，以防电弧放电；

• 操作者佩戴绝缘手套。

五、实践操作培训

1. 开机检查

1. 检查电源线与地线连接；

2. 检查电极槽无残液；

3. 启动仪器，确认屏幕显示正常；

4. 进行空载放电测试以确保波形输出正常。

2. 样品制备

• 细胞需处于对数生长期，活力高；

• 外源 DNA/RNA 需高纯度，无盐污染；

• 使用低离子强度缓冲液（如10%甘油）；

• 样品体积控制在电穿孔杯允许范围内（通常为50–100 µL）。

3. 参数设定

根据实验类型选择模式与参数：

4. 实际操作步骤

1. 将细胞与 DNA 混合后加入电穿孔杯；

2. 插入电极槽并关闭防护盖；

3. 按下“PULSE”按钮启动放电；

4. 实时观察显示屏上的波形曲线；

5. 放电完成后，待自动放电结束取出样品；

6. 将样品立即加入复苏培养基中培养。

5. 后处理与培养

• 细菌与酵母：37℃ 培养 1 小时后平板筛选；

• 哺乳动物细胞：加入完全培养基静置 10 分钟再培养；

• 植物细胞：转入高渗培养液中培养 24 小时。

六、常见问题与排查培训

七、实验复现性与标准化

GenePulser Xcell 的闭环控制系统可自动监测电压输出与波形变化，确保误差在1%以内。培训内容要求操作者掌握：

1. 固定参数模板使用：可保存并调用标准实验方案；

2. 重复性评估：每批次实验重复三次，计算转染效率标准差；

3. 误差控制：温度、导电性、细胞状态保持一致；

4. 数据记录：填写标准实验记录表，保存波形文件。