Gene Pulser Xcell 165-2660 是 Bio-Rad 公司推出的模塊化電穿孔系統,適用于真核細胞(Eukaryotic cells)與原核細胞(Microbial cells)的電穿孔/電轉化操作。它結合了主機單元、ShockPod 電擊槽、以及兩個附件模塊(CE 模塊與 PC 模塊),提供指數衰減波(exponential-decay)與方波(square-wave)兩種脈沖波型,能滿足多種細胞體系和實驗需求。
該系統的設計注重靈活性、可重復性與用戶友好界面:
提供預設程序庫,可快速應用于常見細胞類型(真核、原核、酵母等)
支持手動調節所有關鍵參數(電壓、電容、電阻、脈沖時間、脈沖間隔等)
配備 PulseTrac? 電路與電弧保護設計,提升實驗的可重復性與安全性
簡單來說,該設備是一個兼顧微生物與哺乳動物細胞電轉化需求、性能強大且靈活的電穿孔平臺。
標準貨號 165-2660 的系統包括:
主機單元(Main Unit)
CE 模塊(Capacitance Extender)
PC 模塊(Pulse Controller)
ShockPod 電擊槽(Shocking Chamber)
15 個無菌電擊杯(cuvettes,5 個各為 0.1 cm、0.2 cm、0.4 cm電極間隙)
此外還配有電極連接線、電源線、用戶手冊等附件。用戶可根據需要另配不同電極間隙的電擊杯。
設備支持的主要技術參數如下(以 165-2660 系統為例)
輸出電壓范圍:約 10 – 3,000 V(主機輸出)
輸出波型:指數衰減波 或 方波
電容設置(當使用 CE 模塊):10–500 V 時為 25–3,275?μF;500–3,000 V 時為 10、25、50?μF 等級
并聯電阻范圍(使用 PC 模塊):50–1,000?Ω,以 50?Ω 增量,并可設為無限大(∞)
最低樣品電阻要求:20 Ω(10–2,500 V)或 600?Ω(2,500–3,000 V)
方波模式脈沖時間:10–500 V 時為 0.05–10 ms(以 0.05 ms 增量)或 10–100 ms;500–3,000 V 時為 0.05–5 ms 等
輸入電源:100–120 VAC 或 220–240 VAC,50/60 Hz;最大功率約 240 W(短時充電階段)
操作環境溫度:0–35 °C,濕度 0–95%(無冷凝)
尺寸/重量:主單元約 31 × 30 × 14 cm,重約 6.6 kg;CE 模塊約 31 × 28 × 9 cm 重約 3.1 kg;PC 模塊約 31 × 28 × 5 cm 重約 1.9 kg。
這些參數確保設備對從低電壓至高電壓、從真核至原核、從標準至高難度體系皆具備覆蓋能力。
為保證電穿孔實驗順利進行并獲得高效率、低細胞損傷,以下準備工作非常關鍵:
選擇細胞處于對數生長期(生長活躍期),狀態良好,無明顯應激反應。
使用合適的培養基洗滌細胞 2–3 次,推薦使用低離子強度、無血清或電穿孔專用緩沖液。
調整細胞濃度至適合電穿孔的范圍:例如 1 × 10? – 1 × 10? cells/mL;具體根據細胞類型略作調整。
對于原核細胞或酵母細胞,應確保細胞壁狀態適宜(如酵母可適當處理)以提升穿孔效率。
準備 DNA、RNA、蛋白或其他分子載體時,應保證其高純度、無蛋白或核酸酶污染。一般 DNA 濃度應控制在 50–200 ng/μL 或按實驗要求設定。
使用適宜的轉染緩沖液或低離子強度溶液,避免使用含 Ca2?、Mg2? 或高鹽培養液,因為這些會增加電弧風險或降低細胞存活率。
根據細胞類型和實驗體積選擇電擊杯間隙:0.1 cm、0.2 cm、0.4 cm皆可使用。
確保電擊杯無裂痕、干凈無塵,并在使用前用無菌緩沖液或無離子水預潤濕以避免氣泡。
樣品加至電擊杯時,應避免氣泡產生,因為氣泡會引發局部電弧并損傷細胞。
在設備附近準備穩固的平面,確保主機、模塊、電擊槽放置穩固、連接可靠。
檢查電源插座、接地線是否符合設備要求,避免供電波動影響實驗。
將儀器通電并進行預熱、自檢,確認屏幕、模塊、ShockPod 均無故障提示。
實驗室環境宜保持干燥、溫度適中(推薦20–25 °C),避免濕度過高導致電擊事故。
將主機單元放置在平穩、通風良好的臺面上。
將電源線連接到主機背部的三插安全插口,并插入穩定的電源插座。
插入 ShockPod 的黑色連接器至主機前面板左和中兩個輸出插口(極性不影響電穿孔過程)。
連接 CE 模塊(若有)到主機背部標識為 CE 的插口。插入時需斷電操作。
連接 PC 模塊(若有)到主機背部標識為 PC 的插口。插入時同樣需主機斷電。
安裝完成后,打開電源開關,設備進入自檢階段,確認無報警、模塊識別正常。
開機后,主機屏幕進入主菜單,可選擇“預設程序(Protocol)”、“手動設置”、“用戶程序(User Protocol)”等模式。
若首次使用建議選擇“預設程序”,例如細菌、酵母、哺乳動物細胞等類別。系統會自動設定推薦的電壓、電容/電阻、脈沖時間。
若采用“手動模式”,可使用上下箭頭鍵滾動參數,按 Enter 鍵確認,參數高亮狀態下可直接輸入數值。
參數設置完成后,脈沖按鈕(Pulse)變為可用,屏幕右下角會閃爍 “P” 表示準備就緒。
該系統支持兩種主要波型:
指數衰減波 (Exponential Decay): 利用充電至設定電壓的電容器快速放電至樣品,電壓隨時間按指數下降。適用于寬范圍細胞類型。
方波 (Square Wave): 在放電過程中維持較穩定電壓然后截斷,脈沖時間、次數、間隔可調。適合對電穿孔響應敏感、需精確定時的細胞。
用戶可根據細胞類型、實驗目的自由切換,并結合預設或手動調整。
以下為一個典型的電穿孔操作流程,適用于使用 165-2660 系統進行樣品處理。
確認細胞、外源分子、電擊杯準備就緒。
確認儀器通電、自檢完成,ShockPod 插入、模塊連接良好。
將細胞懸液與待導入分子(如質粒DNA)按實驗方案混合,輕輕混勻,無氣泡。
將混合液吸取至電擊杯中(通常體積根據杯子間隙而定,如 0.1 cm 間隙約 0.1–0.2 mL,0.2 cm 間隙可略大,0.4 cm 間隙可達 0.4–0.5 mL)—具體體積參考制造商推薦。
將電擊杯插入 ShockPod 中,確保插入方向正確、匹配卡槽。
在主機界面選擇適當程序(預設/手動/用戶程序),確認參數。
按下“Pulse”按鈕執行脈沖施加。系統將啟動充電并在適當瞬間釋放電壓到樣品。
脈沖結束后,電擊杯可能殘余電荷,儀器將自動釋放余電以保證安全。
然后將電擊杯中的樣品快速轉移至適宜的培養條件下(如預熱培養基或培養皿中)以利于恢復。
若程序設定為多脈沖,按需要在界面選擇“返回”或“再脈沖”實現重復脈沖。
立即將樣品從電擊杯中輕輕轉移至培養基或皿中,并輕輕吹打混勻,避免氣泡。
將細胞置于適宜的培養條件(例如 37 °C CO? 培養箱或酵母適宜溫度)恢復30 分鐘至數小時后進行下游處理(如轉染效率檢測、生物活性測定等)。
清潔電擊杯并進行下一次操作或按需要更換新的電擊杯。
為了獲得最佳的轉化效率與細胞存活率,以下優化建議值得參考:
對于指數衰減波:關鍵參數包括電壓(V0)、時間常數 τ(由電容 C 和電阻 R 決定)及樣品電阻。較高電壓或較短時間常數有利于穿孔但可能導致細胞損傷。
對于方波模式:可調參數包括脈沖持續時間、脈沖次數、脈沖間隔。建議從較保守參數開始(例如較低電壓、較短時間、單次脈沖)逐步調高。
在微生物系統(如細菌、酵母)中,由于樣品電阻通常較低,建議使用較高電壓但短脈沖時間,以減少細胞損傷。
系統內置常見細胞類型的預設程序,用戶可在主界面通過“Protocol”快速選擇。
這些程序適用于諸如 E. coli、Saccharomyces cerevisiae、哺乳動物細胞(如 CHO、293 細胞)等,使用預設可顯著簡化操作流程、節省調參時間。建議初次使用時優先采用預設,待熟練后再進入手動優化。
保持樣品懸液電導率盡可能低,使用低離子強度電穿孔緩沖液。
避免空氣氣泡在電擊杯中出現;氣泡會導致局部電弧,嚴重時會燒壞設備或樣品。
在每次電穿孔前測量細胞電阻(儀器接口或手動測定),確保樣本在設備允許范圍內。
在第一次使用某細胞類型時,建議做梯度試驗:如電壓 1000 V、1200 V、1400 V 三個水平,脈沖時間 2 ms、3 ms、4 ms 各一次,通過平板或熒光等方式檢測轉化效率與細胞存活率。
記錄每次實驗的參數(電壓、電容/電阻、樣品體積、細胞密度、存活率、轉化效率)以便日后復現實驗或比對。
在插拔電擊杯或模塊連接線前,務必關閉主機電源,避免電擊風險。
電擊后樣品可能產生熱效應、氣泡或液體噴濺,應避免人員面部或裸手靠近。
如實驗過程中觀察到明顯起弧或冒煙,應立即停止并關閉設備,檢查電擊杯是否破損、連接是否松動、樣品是否含鹽量過高。
在對原核細胞與真核細胞切換使用時,切換參數必須謹慎,不建議直接用原核程序作用于哺乳動物細胞。
保證實驗室通風良好,同時避免設備前方堆放雜物,以免熱量積聚或影響設備散熱。
若長期不使用,建議將系統置于斷電狀態,并定期開機運行空載狀態進行自檢,以防內部元件老化。
本儀器屬于高壓電設備,使用時必須由經過培訓的操作人員進行。 — Ring warning:設備產生、使用及輻射射頻能量,如操作不當,可能干擾無線通信或引起電磁兼容問題。
設備必須接地良好,并使用符合當地安全標準的電源插座。
嚴禁將人體、動物或非設計樣品置入電擊杯中進行電穿孔操作。
在操作過程中嚴禁觸摸電極輸出端口,亦避免穿戴金屬飾品、手表等,以防意外通電。
若儀器發生異常(如煙霧、異常聲響、電擊不規則、警報等),應立即切斷電源并通知維護人員。
在清潔或維護設備前,務必斷電并拔下電源插頭。
定期用干燥、無塵的軟布擦拭主機、模塊及 ShockPod 表面,避免灰塵積聚。
每?3-6 個月檢查一次連接線、插頭、模塊接合處是否松動、磨損或有裂紋。
定期(每?6-12 月)對系統進行校準,尤其是脈沖電壓、電阻、電容、時間常數等關鍵參數,以保證輸出準確、重復性良好。
保持實驗室環境干燥、無腐蝕性氣體,以防主機內部元件氧化或損壞。
電擊杯屬一次消耗品,應在出現裂紋、變色、殘留污漬或導電異常時及時更換。
建議記錄每次維護情況,包括保養日期、操作人、發現問題及處理方案,以便后續追蹤。
下面列舉幾項常見問題及對應的排查建議:
| 故障現象 | 可能原因 | 處理建議 |
|---|---|---|
| 脈沖按鈕不激活(屏幕 “P” 不閃爍) | 參數未輸入/程序未確認/模塊未正確連接 | 檢查參數是否設定、模塊連接是否松動、重新選擇程序。 |
| 電擊后樣品大量死亡、轉化效率低 | 電壓過高、電擊時間過長、電極間隙選擇不當、緩沖液離子強度高 | 降低電壓或縮短時間、檢查電擊杯規格、使用低離子強度緩沖液。 |
| 出現明顯電弧、閃火或冒煙 | 氣泡存在、電擊杯裂損、樣品導電率過高、插入方向錯誤 | 停機檢查電擊杯、去除氣泡、降低樣品導電率、更換電擊杯。 |
| 屏幕顯示模塊錯誤、系統無法識別 CE 或 PC 模塊 | 模塊未插好或電纜接觸不良 | 關機后拔下模塊,檢查接口清潔后重新插入。 |
| 輸出電壓偏離設定值較大、重復性差 | 模塊老化、未校準、樣品電阻超出允許范圍 | 進行設備校準、更換老化模塊、測量樣品電阻并調整參數。 |
對于無法通過上述方法解決的問題,建議及時聯系儀器供應商或授權維修服務,避免自行拆修造成更嚴重損壞。
杭州實了個驗生物科技有限公司