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伯樂 GenePulser Xcell 電穿孔儀操作培訓手冊

一、培訓目的與意義

電穿孔技術(shù)（Electroporation）是現(xiàn)代分子生物學、細胞工程及基因編輯研究中不可或缺的技術(shù)之一。它通過在細胞懸液中施加高強度瞬時電場，使細胞膜形成可逆性微孔，從而實現(xiàn)外源 DNA、RNA 或蛋白質(zhì)分子的導入。相比化學轉(zhuǎn)染或病毒轉(zhuǎn)染方法，電穿孔具有無載體污染、適用細胞類型廣、重復性強等顯著優(yōu)點。

伯樂（Bio-Rad）GenePulser Xcell 電穿孔儀作為國際高端電穿孔系統(tǒng)的代表，其精確的參數(shù)控制、智能化操作界面以及穩(wěn)定的脈沖波形輸出，能夠顯著提高實驗轉(zhuǎn)染效率與可重復性。本培訓旨在幫助科研人員全面掌握該設(shè)備的工作原理、操作流程、參數(shù)設(shè)置、常見問題排查及維護方法，確保實驗安全、高效、規(guī)范。

二、設(shè)備概述

GenePulser Xcell 系統(tǒng)由主機、電容電阻模塊、波形控制單元、電極槽、安全保護電路及顯示面板組成，具備以下核心功能特征：

1. 雙波形系統(tǒng)：支持指數(shù)衰減波（Exponential Decay）和方波（Square Wave）兩種模式，可適配不同類型細胞；

2. 高精度輸出：電壓誤差小于±1%，保證每次放電一致；

3. 多參數(shù)可編程控制：電壓、電容、電阻、脈沖次數(shù)、間隔時間均可獨立設(shè)定；

4. 實時監(jiān)控系統(tǒng)：通過液晶屏顯示放電曲線及實際輸出參數(shù)；

5. 數(shù)據(jù)存儲功能：可保存多達99組實驗方案；

6. 安全防護機制：內(nèi)置自動放電、防電擊及過載保護裝置。

通過系統(tǒng)化培訓，操作者能夠熟練掌握儀器結(jié)構(gòu)、工作原理與操作技巧，為后續(xù)科研實驗打下堅實基礎(chǔ)。

三、培訓對象與要求

培訓對象：

• 分子生物學、細胞生物學、遺傳學實驗人員；

• 實驗室新進科研人員；

• 技術(shù)支持與維護工程師。

培訓要求：

• 具備基礎(chǔ)實驗操作能力與生物安全意識；

• 熟悉實驗室電氣設(shè)備使用規(guī)范；

• 理解電穿孔基本原理。

培訓周期建議為 2 天理論教學 + 1 天實踐操作，以實現(xiàn)理論理解與實操掌握的雙重目標。

四、理論培訓內(nèi)容

1. 電穿孔原理

當細胞暴露在高電場中，膜兩側(cè)形成電位差，導致脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)局部重排。若跨膜電位超過閾值，形成暫時性的通道孔洞。外源分子由此進入細胞，隨后膜結(jié)構(gòu)恢復，完成導入過程。

關(guān)鍵影響因素：

• 電壓與電場強度決定孔洞大小；

• 電容與脈沖時間影響膜開放持續(xù)時間；

• 電阻決定能量釋放速度；

• 緩沖液導電性與溫度影響細胞存活率。

2. GenePulser Xcell 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1. 主機控制單元：負責參數(shù)設(shè)置與信號輸出；

2. 電容/電阻模塊：控制能量存儲與釋放速度；

3. 波形控制模塊：選擇指數(shù)衰減波或方波；

4. 電極槽：放置樣品電穿孔杯，確保電場均勻；

5. 安全保護裝置：自動放電與過載防護；

6. 顯示屏：實時顯示實驗進度與波形曲線。

3. 操作安全原則

• 操作前必須確認接地良好；

• 禁止在通電狀態(tài)下開蓋或接觸電極；

• 電穿孔結(jié)束后等待自動放電指示燈熄滅；

• 樣品應(yīng)無氣泡，以防電弧放電；

• 操作者佩戴絕緣手套。

五、實踐操作培訓

1. 開機檢查

1. 檢查電源線與地線連接；

2. 檢查電極槽無殘液；

3. 啟動儀器，確認屏幕顯示正常；

4. 進行空載放電測試以確保波形輸出正常。

2. 樣品制備

• 細胞需處于對數(shù)生長期，活力高；

• 外源 DNA/RNA 需高純度，無鹽污染；

• 使用低離子強度緩沖液（如10%甘油）；

• 樣品體積控制在電穿孔杯允許范圍內(nèi)（通常為50–100 μL）。

3. 參數(shù)設(shè)定

根據(jù)實驗類型選擇模式與參數(shù)：

4. 實際操作步驟

1. 將細胞與 DNA 混合后加入電穿孔杯；

2. 插入電極槽并關(guān)閉防護蓋；

3. 按下“PULSE”按鈕啟動放電；

4. 實時觀察顯示屏上的波形曲線；

5. 放電完成后，待自動放電結(jié)束取出樣品；

6. 將樣品立即加入復蘇培養(yǎng)基中培養(yǎng)。

5. 后處理與培養(yǎng)

• 細菌與酵母：37℃ 培養(yǎng) 1 小時后平板篩選；

• 哺乳動物細胞：加入完全培養(yǎng)基靜置 10 分鐘再培養(yǎng)；

• 植物細胞：轉(zhuǎn)入高滲培養(yǎng)液中培養(yǎng) 24 小時。

六、常見問題與排查培訓

七、實驗復現(xiàn)性與標準化

GenePulser Xcell 的閉環(huán)控制系統(tǒng)可自動監(jiān)測電壓輸出與波形變化，確保誤差在1%以內(nèi)。培訓內(nèi)容要求操作者掌握：

1. 固定參數(shù)模板使用：可保存并調(diào)用標準實驗方案；

2. 重復性評估：每批次實驗重復三次，計算轉(zhuǎn)染效率標準差；

3. 誤差控制：溫度、導電性、細胞狀態(tài)保持一致；

4. 數(shù)據(jù)記錄：填寫標準實驗記錄表，保存波形文件。