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GenePulser Xcell 是一款模塊化電穿孔系統。它包括主機單元（main unit）、ShockPod? 電擊腔（cuvette chamber）、以及可選的兩個附件模塊：CE 模塊（Capacitance Extender）用于擴展電容／時間常數范圍；PC 模塊（Pulse Controller）用于擴展電阻（并聯電阻）控制。
系統支持兩種主要波形：指數衰減（exponential-decay）波形和方波（square-wave）波形。
其設計目標是：適用于大范圍細胞類型—from 哺乳動物細胞（包括原代細胞、難轉染細胞）到細菌、酵母、真菌。
儀器具備預設程序庫、用戶自定義程序、手動參數輸入三種模式，便于快速啟動或細致優化。
此外，系統內置了 PulseTrac? 電路與電弧保護等功能，以提高重復性并降低樣品風險。
此類波形通過電容快速充電，當擊穿或放電啟動后，電壓隨時間按指數形式下降。適用于很多標準電穿孔條件。用戶可設定電容（μF）、電壓（V）和（在某版本）時間常數（τ）或電阻。
優點包括：電壓開始時高峰，有利于在短時間內打開細胞膜孔隙；隨后電壓下降減少對細胞的損傷。缺點可能是對細胞電阻、緩沖液、電極間隙等敏感，需要優化。
方波脈沖在設定時間內電壓基本保持恒定，然后結束。可設定脈沖時間、脈沖數、脈沖間隔、脈沖電壓。適合某些敏感細胞類型、難轉染的原代細胞、懸浮細胞等。
優點在于電壓恒定，刺激更為“可控”；缺點是可能對某些系統（如電阻變化大的樣品）更加要求嚴格。
下面列出在實驗中應重點調整或監控的參數，并解釋其在電穿孔過程中的物理／生物意義。
這是施加于樣品兩電極之間的電勢差。GenePulser Xcell 可輸出范圍較廣，根據型號及模塊不同可達高達約 3000 V。
較高電壓有利于形成更多或更大的細胞膜孔隙，從而提高轉染/轉化效率。但電壓過高可能導致細胞死亡、氣體放電或電弧事故。使用時應結合電極間隙（cuvette gap）與樣本體積、電阻情況進行合理選擇。
對于指數衰減模式，用戶可設定電容，或時間常數（τ＝R×C，在工具給定或可測情況下）。電容越大，充電后釋放的能量越大；相應地，時間常數也越長，電壓下降越緩慢。GenePulser Xcell 在低壓、高電容回路中支持從 25 μF 到 3,275 μF 的范圍（在 CE 模塊情況下） 。
在高電壓回路（例如 500–3,000 V）下，其可設電容一般為 10、25、50 μF。
通過設置適當電容／時間常數，可以調控電擊的“寬度”——電壓維持高水平的時間越長，對細胞穿孔效應越大，但可能損傷也越嚴重。
在系統中，并聯電阻（Parallel Resistance）用于控制負載；樣本實際電阻也需要滿足一定條件。GenePulser Xcell 的 PC 模塊可提供 50–1,000 Ω（50 Ω步進）并聯電阻。
樣品電阻最低要求：當輸出 10–2,500 V 時，樣品電阻至少約 20 Ω；當輸出 2,500–3,000 V 時，樣品電阻至少約 600 Ω。
樣品電阻過低可能導致電流過大、擊穿或電弧；過高可能導致電壓下降快、穿孔效率低。因此在實驗前測定樣本電阻很重要。
對于方波模式，GenePulser Xcell 在 10–500 V 區間可設定脈沖時間從 0.05 到 100 ms（0.05 ms 步進）并可進行 1-10 脈沖，脈沖間隔為 0.1-10 秒。
在高壓范圍 500-3,000 V 下，則脈沖時間一般為 0.05-5 ms，脈沖數為1-2次，間隔為至少 5-30 秒。
這些參數決定了每次電擊的“刺激長短”和“次數”，直接影響穿孔效率與細胞存活率。一般來說，多次脈沖或延長脈沖時間可以提高轉染率，但也可能降低存活率。
GenePulser Xcell 系統兼容 0.1 cm、0.2 cm 和 0.4 cm 間隙的比色皿。
電極間隙越小，相同電壓下電場強度越高（E=V/d），容易穿孔但也更易損傷。因此，通常細菌、酵母用小間隙（0.1–0.2 cm），哺乳動物細胞用較大間隙如 0.4 cm。樣本體積（如 100 μL）和細胞濃度也需要配合間隙、電壓進行優化。
以下為典型操作流程（手動模式為例），可按需改為使用預設或用戶自定義模式。
將儀器及模塊正確連接：關閉主機電源，連接 CE 模塊／PC 模塊（任選一或兩者視系統配置），以及 ShockPod 電擊腔。
插入所選比色皿（電極間隙根據實驗設定選擇），將待電穿孔樣本（細胞 + 質粒/試劑）加入比色皿中，并放入 ShockPod。確保安全蓋關閉。
打開儀器，進入主菜單。選擇模式：
手動操作（Manual）
預設程序（Pre-set Protocol）
用戶程序（User Protocol）
若為手動模式：選擇波形（指數衰減或方波）→ 輸入相關參數（如電壓、電容/時間常數、電阻／樣本電阻、脈沖時間、脈沖數、間隔、比色皿縫隙、樣本體積）→ 確認后，Pulse 按鈕變為可按狀態。
按 Pulse 按鈕實施電擊。儀器顯示 “Pulsing”，電擊結束后發出提示音，并顯示結果（如實際電壓、電流、時間常數等） 。
若有需要，可按 Back 鍵返回參數界面，調整或重復操作。
建議記錄每次參數及結果，便于后續優化或故障排查。該系統可存儲最近 100 次脈沖數據。
以下為儀器出廠預設程序中摘錄部分常用細胞類型的參數，以供參考。使用時仍推薦依據細胞類型/緩沖條件自行優化。
| 細胞類型 | 波形 | 脈沖時間（msec） | 電容（μF） | 比色皿間隙 (cm) | 電壓 (V) |
|---|---|---|---|---|---|
| CHO (哺乳動物) | 方波 | 15 | — | 0.2 | 100 |
| COS7 | 方波 | 20 | — | 0.2 | 100 |
| 3T3 | 指數衰減 | — | 160 | 0.2 | 100 |
| E. coli (細菌) | 指數衰減 | 25 | 200 | 0.1 | 1800 |
| S. cerevisiae (酵母) | 指數衰減 | 25 | 200 | 0.4 | 80 (μl) |
（注：以上表格為示范，實際操作時仍建議查閱最新儀器手冊，并結合細胞類型、緩沖體系、比色皿間隙、電阻情況進行優化。）
對于新細胞系或實驗平臺，建議先從儀器預設程序入手。
測量樣品電阻（儀器具備測電阻功能）。如果電阻偏離典型值（如過低或過高），應調整樣本濃度、緩沖體系或比色皿縫隙。
選擇比色皿間隙適配電壓與細胞類型：小間隙提高電場強度，適合細菌、酵母；大間隙適合哺乳動物、敏感系。
若使用方波模式，建議從較短脈沖時間、較低電壓開始，觀察存活率，再逐步提升以尋找最佳轉染率/存活率平衡。
若使用指數衰減模式，可先用標準電容／電壓組合，再微調電容或時間常數以改變電壓下降曲線。
電壓：逐步提升電壓，注意細胞死亡率和電弧情況。適度提升電壓可提高穿孔率。
電容／時間常數：若細胞存活率過低，可嘗試減小電容或縮短時間常數；若轉染效率低，可適度增大。
脈沖數與間隔：單次脈沖更適合易轉細胞；對于難轉細胞，多脈沖可嘗試，但要保證細胞有足夠恢復時間（間隔）。
樣本體積或濃度：樣本濃度過高可能導致電場分布不均、電阻下降，樣本濃度過低則可能降低效率。
比色皿間隙：如電場效果不佳，可考慮換間隙（例如從 0.4 cm 換為 0.2 cm，但相應地需降低電壓以避免過強電場）。
緩沖體系、溫度、離子強度：這些外圍因素雖非儀器“參數”，也會顯著影響結果。建議使用專用電穿孔緩沖液、保持樣本冷卻（通常在 4 °C操作或立即轉入回溫培養）。
每次電擊后注意檢查實際脈沖參數（如實際電壓、時間常數、是否出現電弧／跳火情況）儀器界面會顯示。
同時評估：轉染/轉化效率、細胞存活率、重復性情況。
若轉化效率低，但存活率高，說明穿孔可能不足，可提高強度；反之若存活率低而效率卻高，可能強度過大或電場不均。
建議記錄每次實驗參數、樣本特性及結果，以便建立經驗庫或回溯優化路徑。GenePulser Xcell 支持存儲最近100次脈沖記錄。
電弧／跳火：通常因為電壓過高、電極臟污、電極間隙不當或樣品中氣泡。建議清潔電極、更換比色皿、降低電壓、排除氣泡。
細胞死亡率高但轉染率低：可能電場過強或脈沖時間過長。嘗試降低電壓、減少脈沖數或縮短脈沖時間。
轉染率低且細胞存活率高：說明穿孔不充分。可適當提高電壓或延長脈沖時間／增大電容。
重復性差：可能樣品電阻變化大、緩沖液差異大、比色皿間隙不一致、溫度波動、或電極污染。需保持條件一致，及時校準／更換配件，并記錄詳細操作流程。
不同細胞類型切換時效果差異大：建議為每個細胞類型建立專屬于該類型的優化流程（用戶程序模式）。避免直接用細菌參數套用于哺乳動物細胞。
使用 GenePulser Xcell 獲取良好的電穿孔／轉染結果，關鍵在于：理解并合理設置電壓、電容／時間常數、電阻、脈沖時間、脈沖數、間隔及比色皿縫隙；配合細胞類型、緩沖液、樣本電阻等因素；對參數體系進行系統且記錄化優化。通過預設程序快速啟動實驗，再通過手動模式精細調優，可以提高效率與成功率。正確操作、仔細記錄與系統優化相結合，才能充分發揮該系統的功能。
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