伯乐(Bio-Rad)电穿孔仪165-2661是一款高精度、高重复性电转化设备,广泛用于DNA、RNA或蛋白质等大分子进入细胞的电穿孔实验。该设备通过短时高压脉冲作用,使细胞膜形成可逆性微孔,从而实现外源分子的跨膜导入。
与传统化学转化法相比,电穿孔法的优点在于不依赖化学载体、转化效率高、适用细胞范围广、可控性强。伯乐165-2661在能量释放、时间常数控制、电弧检测与安全防护方面进行了系统优化,能适应多种实验体系(包括细菌、酵母、哺乳动物细胞和植物原生质体)。
本章节将系统阐述伯乐165-2661的标准操作流程、实验准备、参数设置、放电执行及数据分析等内容,为科研人员提供科学、规范、可重复的操作指导。
室温保持在20–25°C;
相对湿度控制在≤60%;
工作台应平稳、干燥、无导电性;
设备四周保持≥30 cm散热空间;
禁止放置在强磁场、高频设备或水源附近。
开机前应进行以下项目检查:
| 检查项目 | 要求 | 说明 |
|---|---|---|
| 电源线 | 无损伤、绝缘完好 | 确保接地端可靠连接 |
| 电极接口 | 清洁干燥 | 避免电弧放电 |
| 电转杯 | 无裂纹、无残液 | 确保间隙均匀 |
| 安全盖 | 灵敏闭合 | 安全感应必须有效 |
| 显示屏 | 正常显示 | 不得出现错误代码 |
若系统启动后显示“Check System”或“Ground Error”,应立即停止操作并排查接地系统。
以大肠杆菌为例,样品制备过程如下:
接种菌株于LB液体培养基中,37°C摇床培养至OD₆₀₀≈0.4;
离心4000 rpm,5分钟,弃上清;
用冰冷10%甘油洗涤菌体3次,以去除培养基盐分;
重悬于10%甘油溶液中,浓度约1×10⁹ cells/mL;
加入1–2 µg质粒DNA,充分混匀后置冰上待用。
哺乳动物细胞样品应使用无血清缓冲液(如Opti-MEM),保持4°C以减少电热效应。
根据实验体系选择不同间隙电转杯:
| 电极间隙 | 推荐体积 | 适用体系 |
|---|---|---|
| 0.1 cm | 20–40 µL | 动物细胞、小体积样品 |
| 0.2 cm | 80–100 µL | 细菌、酵母体系 |
| 0.4 cm | 300–400 µL | 植物原生质体、大体积样品 |
所有电转杯使用前应预冷并检查无气泡。
将电源线连接至接地插座;
打开主电源开关;
仪器自动执行自检程序,检测高压模块、电容组、安全盖及温控系统;
显示屏显示“Ready to Pulse”表示自检完成;
若出现报警提示,应根据屏幕指令检查对应部位。
按下“VOLTAGE”键,输入所需电压值(0.2–2.5 kV)。
不同体系推荐参数如下:
| 实验体系 | 电压(kV) | 电容(µF) | 时间常数(ms) |
|---|---|---|---|
| 细菌(E. coli) | 2.5 | 25 | 4–5 |
| 酵母(S. cerevisiae) | 1.2–1.5 | 50 | 8–10 |
| 哺乳动物细胞 | 0.25–0.8 | 250 | 15–25 |
| 植物原生质体 | 0.8–1.0 | 500 | 20–30 |
按“CAP”键选择电容档位,范围25–3300 µF。
系统通过电子切换实现不同能量输出。
能量计算公式:
E=12CV2E = \frac{1}{2}CV^2E=21CV2
其中E为能量(焦耳),C为电容(法拉),V为电压(伏特)。
按“MODE”键切换放电模式:
SINGLE PULSE(单脉冲模式):适合细菌体系;
MULTI PULSE(多脉冲模式):适用于哺乳动物细胞;
PROGRAM(程序模式):可调用保存参数组。
按“ENTER”键确认所有设定,屏幕显示完整配置:
vbnet复制编辑MODE: SINGLE PULSEVOLTAGE: 2.50 kVCAP: 25 µFSTATUS: READY
取冰上预冷电转杯;
吸取40–50 µL样品加入电转杯;
检查无气泡后轻拍底部;
插入仪器电极槽,确保接触良好;
关闭安全盖。
按下“PULSE”键启动放电;
系统自动充电并释放储能;
放电过程约需5–10毫秒;
屏幕实时显示电压衰减与时间常数;
放电完成后,显示“Pulse Complete”。
打开安全盖,取出电转杯;
立即放置于冰上冷却2分钟;
加入1 mL冰冷SOC培养基进行复苏;
按实验体系继续培养、筛选或检测。
屏幕显示以下参数:
设定电压(kV);
实际输出电压(kV);
电容档位(µF);
时间常数(ms);
电弧状态(ARC或NONE)。
| 指标 | 理想范围 | 说明 |
|---|---|---|
| 时间常数(τ) | 4–8 ms | 电流衰减符合RC曲线 |
| 电弧状态 | NONE | 样品导电性正常 |
| 放电曲线 | 平滑指数衰减 | 能量释放稳定 |
若出现“ARC DETECTED”,表示样品含盐或气泡,应重新制备样品。
165-2661具备数据记录功能,可保存1000条实验记录。
操作步骤:
按“VIEW”键查看历史记录;
按“EXPORT”将数据导出至USB(TXT或CSV格式);
记录包括实验编号、时间、电压、电容、时间常数与状态。
放电时严禁触碰仪器、电缆或电转杯;
样品缓冲液电导率不得超过10 µS/cm;
设备必须接地良好;
使用完毕后关闭电源并拔下插头;
电极若潮湿或有残液,应彻底干燥后再用;
若出现异响、烟雾或烧焦味,应立即断电检查。
用无水乙醇或去离子水清洁电极槽;
电转杯用去离子水冲洗并晾干;
擦拭仪器外壳,防止盐分积聚;
通风口保持畅通,禁止覆盖。
关闭“POWER”开关;
等待风扇完全停止;
拔下电源插头;
覆盖防尘罩。
| 问题现象 | 可能原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 无法放电 | 安全盖未闭合或接地错误 | 检查盖体与地线 |
| 电弧放电 | 样品含盐或气泡 | 更换缓冲液、重新混匀 |
| 时间常数为零 | 电极接触不良 | 重新插入电转杯 |
| 电压偏低 | 电容老化 | 检查储能模块 |
| 风扇噪音大 | 通风口积尘 | 清理散热系统 |
| 显示错误代码 | 系统自检异常 | 重启设备或联系维修 |
电压与电容匹配:电压越高、时间常数越短;低电压可配合大电容延长能量作用时间。
温度控制:样品始终保持冰冷以减少热效应。
缓冲液纯度:使用超纯水或低导电性试剂配制。
电转杯维护:定期更换老化电极,防止能量释放不均。
重复实验标准化:相同参数条件下偏差≤0.2 ms视为可重复。
细菌电转化实验流程(以E. coli DH5α为例)
设定电压:2.5 kV;电容:25 µF;模式:Single Pulse;
吸取40 µL样品装入电转杯;
关闭盖体,按下“PULSE”;
屏幕显示:
vbnet复制编辑Voltage: 2.50 kV
Time Const: 4.9 msARC: NONE
放电完成后冰浴2分钟;
加入1 mL SOC培养基复苏;
涂布含抗性标记平板;
37°C培养12小时,获得阳性克隆。
定期检测电压输出精度,误差≤±1%;
电容组每年检测一次容量衰减率;
每半年清洁一次风扇与散热片;
每季度检查安全盖感应与报警系统;
禁止私自拆解设备内部高压模块。
实验结果可通过时间常数(τ)与转化效率共同评估:
时间常数稳定说明能量释放正常;
转化率高说明细胞活性与穿孔效率平衡良好;
若τ过短或出现电弧,需优化样品导电性。
典型放电曲线应呈指数衰减形态:
Vt=V0e−t/RCV_t = V_0 e^{-t/RC}Vt=V0e−t/RC
该曲线表征电容放电过程的稳定性,伯乐165-2661能实时测定该参数并显示数值。
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