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伯乐 GenePulser Xcell 电穿孔仪仪器介绍

一、概述

伯乐 GenePulser Xcell 电穿孔仪是一款高性能、模块化设计的电穿孔系统，专为基因导入、细胞转化、质粒转染及电融合等分子生物学实验而设计。该仪器由美国伯乐公司研发制造，以其稳定的脉冲输出、精确的控制系统和广泛的适用性，成为全球科研机构、医学院校和生物实验室的主流电穿孔平台之一。

GenePulser Xcell 的设计核心是可控高压脉冲技术。通过短时间高电场刺激，使细胞膜暂时形成可逆性微孔，从而使 DNA、RNA、蛋白质或其他带电分子进入细胞。该过程不依赖化学载体或病毒载体，操作简便、安全高效。其高重复性与精确控制能力，使其在哺乳动物细胞、细菌、酵母、真菌及植物原生质体的研究中表现卓越。

二、仪器结构组成

GenePulser Xcell 系统采用模块化结构，主要由以下部分组成：

1. 主机控制单元（Main Unit）

主机为系统核心，负责电压输出、脉冲控制及数据采集。其内部集成高压电容储能系统、放电电路和智能监控模块。
主机面板配备 LCD 显示屏与操作键盘，可直接设定电压、电容、电阻、脉冲数与波形类型。内置 PulseTrac™ 动态反馈系统，可实时监测脉冲输出波形并自动调整参数，保证每次放电的稳定性。

2. ShockPod 电击腔

ShockPod 是样品电击的执行装置，负责将主机产生的高压脉冲均匀传递至样品。其结构坚固，内置安全锁定机制，未盖紧时系统自动阻止放电。电极采用高纯金属材料，导电性好、抗腐蚀能力强，保证了电场的均匀分布和实验重复性。

3. CE 模块（Capacitance Extender Module）

CE 模块用于扩展电容容量范围，适合大体积样品或需长时间脉冲的实验。电容调节范围从 25 µF 到 3,275 µF，可实现更宽广的时间常数设定，为不同细胞类型提供更灵活的选择。

4. PC 模块（Pulse Controller Module）

PC 模块可增加并联电阻，控制脉冲电流输出特性，防止电弧和过流。电阻范围为 50–1,000 Ω，可精确调节输出波形形态。此模块尤其适用于哺乳动物细胞的方波电穿孔。

5. 比色皿（Cuvette）

比色皿是样品容器，由透明聚碳酸酯制成，内置平行金属电极。标准间隙包括 0.1、0.2、0.4 cm，分别适合细菌、酵母与哺乳动物细胞。比色皿通过 ShockPod 电极接触传导电流，实现样品电击。

三、工作原理

电穿孔的原理基于电场作用下细胞膜的暂时可逆击穿。当外加电场强度达到阈值时，细胞膜两侧的电位差使磷脂双层结构发生瞬时重排，在膜表面形成纳米级通道。这些微孔在电场撤除后可自行关闭，而外源物质（如质粒 DNA 或 RNA）趁此时进入细胞内部，实现分子导入。

GenePulser Xcell 通过内部高压电容储能，在毫秒级时间内释放强脉冲电场。仪器可输出两种波形：

1. 指数衰减波（Exponential Decay Pulse）
   电压在放电过程中逐渐衰减，波形符合指数规律。适用于细菌、酵母等细胞壁较厚或电阻较高的系统。

2. 方波（Square Wave Pulse）
   电压在设定时间内保持恒定后迅速下降，脉冲形状方正稳定。适用于哺乳动物细胞和敏感细胞类型，能量分布均匀，细胞损伤较小。

通过电压、电容、电阻及脉冲时间的配合控制，用户可精确设定脉冲能量，实现对不同细胞类型的最优穿孔效果。

四、主要技术参数

该系统具备自动检测样品电阻功能，若电阻过低，会自动中断放电并提示警报，防止设备或样品损坏。

五、仪器特点

1. 模块化灵活设计

主机可独立使用，也可搭配 CE 与 PC 模块组成完整系统。用户可根据实验需求自由组合，实现多种应用场景。

2. 精准脉冲控制

采用高精度数控系统，可微调电压、电容和时间常数。PulseTrac 动态反馈回路保证每次脉冲能量一致，避免批次差异。

3. 自动安全保护

仪器具备安全互锁机制，在 ShockPod 盖未关闭时自动阻断高压输出，防止误操作。系统还设有过流、过温及短路保护。

4. 智能化操作界面

LCD 显示屏直观显示参数设置与波形信息。菜单式操作逻辑简洁，支持多语言显示与用户程序储存功能。

5. 广泛适用范围

可适用于多种细胞类型，包括：

• 细菌（如 E. coli、Bacillus subtilis）；

• 酵母与真菌（如 S. cerevisiae、Candida albicans）；

• 哺乳动物细胞（如 CHO、HEK293、COS-7、3T3）；

• 植物原生质体及藻类细胞。

6. 高重复性与可靠性

每次脉冲输出均自动记录实际电压、电流和时间常数，便于实验追踪和重复验证。

六、操作流程简述

1. 开机自检：系统自动检测模块连接与电路状态。

2. 参数设定：选择模式（手动、预设、用户程序），输入电压、电容、脉冲数等。

3. 样品准备：将细胞与核酸混合于比色皿中，去除气泡。

4. 放置比色皿：插入 ShockPod 电极槽并盖紧上盖。

5. 执行电击：按下“Pulse”键，系统释放高压脉冲。

6. 数据记录：实验结束后仪器显示实际电参数，可储存或导出。

7. 后处理：将样品立即转入复苏培养基中。

整个过程安全、简便、可控，适合新手与高级研究人员使用。