伯乐电穿孔仪 165-2661 是一款高精度、多模式的电转化仪器,广泛应用于基因导入、细胞转染、分子递送及蛋白质表达等生物学研究。
仪器通过控制电压、电容、电阻和时间常数等参数,形成特定的电场条件,使细胞膜在高压脉冲下产生可逆性微孔,从而实现外源分子的进入。
正确的参数设置是确保实验成功的关键。不同细胞类型、样品体积与导入物特性,均对电穿孔参数有不同要求。
本说明将系统介绍伯乐电穿孔仪 165-2661 的参数结构、设置方法及优化策略,以帮助使用者科学调整实验条件。
电穿孔实验中涉及多个核心参数,每个参数均影响电场强度、能量释放和细胞反应。
| 参数名称 | 符号 | 范围 | 功能说明 |
|---|---|---|---|
| 电压 | V | 10–3500 V | 决定电场强度和膜穿孔能力 |
| 电容 | C | 25–3275 μF | 决定能量释放速度与时间常数 |
| 电阻 | R | 50–1000 Ω 或 ∞ | 控制放电速率和能量衰减 |
| 时间常数 | τ | 0.05–10 ms | 电流衰减特征量(自动计算) |
| 波形类型 | — | 指数衰减波 / 方波 | 决定电流释放模式 |
| 脉冲次数 | — | 1–10 次 | 决定能量施加频率与细胞修复状态 |
| 间隔时间 | — | 0.1–3 s | 多脉冲模式下的放电间隔 |
| 模块模式 | — | CE 模块(高电容)/ PC 模块(方波控制) | 决定输出特性与应用类型 |
电压决定电场强度 E=V/dE = V/dE=V/d,是电穿孔最重要的参数。
电压越高,细胞膜受电场作用越强,孔洞形成越多,但过高电压会造成膜不可逆击穿,导致细胞死亡。
伯乐 165-2661 的电压可在 10–3500 V 连续可调。
不同实验体系推荐范围如下:
| 实验类型 | 电击杯间隙 | 推荐电压 (V) | 电场强度 (kV/cm) |
|---|---|---|---|
| 细菌 (E. coli) | 0.2 cm | 1800–2500 | 9–12.5 |
| 酵母 | 0.2 cm | 1200–1600 | 6–8 |
| 植物原生质体 | 0.4 cm | 400–800 | 1–2 |
| 哺乳动物细胞 | 0.4 cm | 400–700 | 1–1.8 |
| 藻类与真菌孢子 | 0.2 cm | 800–1500 | 4–7 |
低电压:细胞存活率高,但转化效率低;
高电压:穿孔效率高,但热损伤严重;
建议采用“逐步升压法”,从低电压开始,每次增加 100–200 V,找到平衡点。
电容控制储能量及能量释放速度。
在固定电压下,电容越大,释放能量越多,放电持续时间越长。
165-2661 的电容范围为 25–3275 μF,分级可调。
小电容(25–125 μF):放电快、峰值高、适合细菌;
中电容(200–800 μF):能量平衡、适合酵母及真核细胞;
大电容(1000 μF 以上):放电平缓、适合植物原生质体。
| 电容 (μF) | 电压 (V) | 时间常数 (ms) | 适用样品 |
|---|---|---|---|
| 25 | 2000 | 4–5 | 细菌 |
| 500 | 800 | 6–7 | 酵母 |
| 1000 | 600 | 8–9 | 植物细胞 |
| 2000 | 550 | 9–10 | 哺乳动物细胞 |
电阻控制电流衰减速率。高电阻可延长放电时间,低电阻可增加电流强度。
50–1000 Ω 或 ∞。
50–200 Ω:快速放电,适用于细菌;
200–500 Ω:平衡能量释放;
500–1000 Ω:慢速衰减,适合真核细胞。
若不确定实验体系电阻特性,可选择自动模式“Auto-R”。仪器将根据样品导电性自调电阻。
时间常数是电流衰减到初值的 1/e 所需时间:
τ=R×Cτ = R × Cτ=R×C
反映能量释放速度与细胞受电场作用时间。
| 实验体系 | 推荐时间常数 (ms) | 特点说明 |
|---|---|---|
| 细菌 | 4–5 | 短促高效,热效应小 |
| 酵母 | 6–8 | 平衡导入率与存活率 |
| 哺乳动物细胞 | 5–8 | 保持高转染效率 |
| 植物原生质体 | 8–10 | 温和作用防止裂解 |
若 τ <3 ms,可能导电性过强或样品含盐;
若 τ >10 ms,能量过高,需减小电容。
165-2661 支持两种波形输出模式:
特点:电流迅速衰减,能量集中;
适用:细菌、酵母、藻类;
优点:穿孔效率高,反应快;
缺点:电弧风险较高。
特点:电压恒定,作用时间可控;
适用:哺乳动物细胞、原生质体;
优点:温和稳定,细胞存活率高;
缺点:需要较高电容。
若实验目标为高导入效率:选择指数波;
若注重细胞活性与表达:选择方波。
伯乐 165-2661 支持单次至 10 次脉冲。
单脉冲:适合细菌及酵母;
多脉冲:适合真核细胞(如 2–5 次)。
多脉冲间隔 0.1–3 s 可调。
间隔过短:细胞来不及修复,死亡率高;
间隔过长:膜孔关闭,导入率下降。
推荐值: 1 s。
哺乳动物细胞:3 次脉冲,每次 5 ms,间隔 1 s;
植物原生质体:2 次脉冲,每次 8 ms,间隔 1.5 s。
伯乐 165-2661 可通过插拔不同模块实现不同应用模式。
| 模块类型 | 主要功能 | 应用方向 |
|---|---|---|
| CE 模块(Capacitance Extension) | 扩展电容容量,提高能量储存 | 植物细胞、真核细胞 |
| PC 模块(Pulse Control) | 控制脉冲次数与波形 | 动物细胞瞬时转染 |
| DS 模块(Data Storage) | 数据记录与导出 | 研究型实验室 |
更换模块前必须关闭电源,并确认接口干燥清洁。
开机与自检
开机后等待系统自动检测完毕(盖锁、电压模块、风扇状态等)。
进入参数界面
按 “MENU” 键进入设置界面。
电压设定
使用方向键调整至目标值,例如 2000 V。
电容与电阻设定
选择对应参数值,或使用自动模式(Auto-C、Auto-R)。
选择波形
在“Waveform”选项中选择 Exponential 或 Square。
设置脉冲次数与间隔
根据样品需求输入脉冲数与间隔时间。
保存参数方案
按 “SAVE” 键保存至编号(最多 99 组)。
执行放电
加入样品 → 关闭盖锁 → 按 “PULSE” → 等待“READY” → 按 “ENTER” 放电。
电穿孔参数之间相互关联,调整需遵循能量平衡原则。
| 调整目标 | 优化策略 |
|---|---|
| 提高导入效率 | 提升电压或电容,但保持 τ <8 ms |
| 减少细胞死亡 | 降低电压,使用方波或多脉冲模式 |
| 避免电弧 | 降低电导率、减小电压、使用干净电击杯 |
| 增加稳定性 | 使用恒温环境、固定时间常数、统一 buffer |
| 平衡转化率与存活率 | 电场强度与脉冲时间相互折中调整 |
| 细胞类型 | 电击杯间隙 | 电压 (V) | 电容 (μF) | 波形 | 脉冲次数 | 时间常数 (ms) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E. coli DH5α | 0.2 cm | 2000 | 25 | 指数波 | 1 | 5.0 |
| Saccharomyces cerevisiae | 0.2 cm | 1400 | 500 | 指数波 | 1 | 6.5 |
| CHO 细胞 | 0.4 cm | 550 | 500 | 方波 | 3 | 6.8 |
| HEK293 | 0.4 cm | 600 | 800 | 方波 | 3 | 7.0 |
| 植物原生质体 | 0.4 cm | 650 | 1000 | 方波 | 2 | 8.5 |
这些参数可作为起始参考值,用户应根据实验目标进行微调。
若实测电压低于设定值,检查电源波动与模块接触。
若 τ 明显偏短,样品导电性过强,应稀释或更换缓冲液。
若波形不平滑,检查电极是否氧化或 ShockPod 潮湿。
可能因电容老化或储能不充分,应执行系统校准。
| 错误设置 | 后果 | 纠正建议 |
|---|---|---|
| 电压过高 | 电弧、细胞死亡 | 降低电压、冷却样品 |
| 电容过大 | 细胞过热 | 减小电容或增加间隔 |
| 波形选择错误 | 低效率或细胞损伤 | 根据细胞类型重新选择 |
| 含盐 buffer | 电弧放电 | 使用低离子缓冲液 |
| 脉冲次数过多 | 热累积导致细胞裂解 | 降低脉冲次数或延长间隔 |
单因素优化法
固定其他条件,仅调整电压或电容,绘制效率曲线。
梯度法
设置多组递增参数,确定最佳组合。
响应曲面分析(RSM)
通过统计建模分析多因素交互效应,适合高要求科研实验。
预冷与复苏结合
样品与电击杯预冷可减少热应激,提高重复性。
低电压多脉冲替代高电压单脉冲
对哺乳动物与植物细胞尤为有效。
每次实验应记录以下数据:
电压、电容、电阻、波形类型;
时间常数与放电次数;
样品浓度与缓冲液类型;
实际输出与生物学结果。
这些数据可导出为 CSV 文件,用于统计分析与重复性验证。
调整参数前确保盖锁关闭;
运行中不得触摸仪器与电击杯;
若电弧或异常声响出现,应立即停止实验;
调整模块或拔插接口前务必断电;
定期检查电压校准精度,防止超载运行。
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