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电穿孔仪：原理、类型、组成、用途、示例

 
点击 243回复 0 原帖 2023-10-30 16:23 IP属地 江苏南京
电穿孔器是分子生物学和基因工程中使用的一种设备，利用电脉冲将外源DNA、RNA或其他分子引入细胞中。


电穿孔仪

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目录



电穿孔仪历史
电穿孔原理
电穿孔的类型
电穿孔仪零件
进行电穿孔的步骤
电穿孔仪的应用
电穿孔仪的优点
电穿孔仪的缺点
使用电穿孔仪时的注意事项
电穿孔仪示例
参考资料
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电穿孔仪历史


1960年，人们发现，当施加外部电场时，细胞的两个极会产生更大的膜电位。1970年，人们发现一旦膜电位达到临界水平，膜就会破裂并恢复。1980年，Thomas C. Weaver博士和他的同事利用相同的原理发现了电穿孔。电穿孔一词是用来描述电场在细胞膜上产生瞬时孔并允许分子进入细胞的过程。 
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电穿孔原理




当持续几微秒的优化电压的电脉冲通过宿主细胞和选定分子（例如DNA）的细胞悬浮液放电时，膜的磷脂双层被扰乱。这导致临时毛孔的形成。然后，膜上的电位升高，使 DNA 等带电分子通过孔进入内部。该过程与电泳类似。
酵母电穿孔转化
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电穿孔的类型




基本上，根据所涉及的细胞，电穿孔有两种主要类型：a) 批量电穿孔 b) 单细胞电穿孔。
批量电穿孔：它涉及对大量细胞进行电穿孔。在这种电穿孔中，均匀电场被施加到细胞悬浮液上。
单细胞电穿孔：涉及单个细胞的电穿孔。它在单细胞研究中具有应用。在这种电穿孔中，在单个细胞附近局部产生电场。
同样，根据配置，电穿孔器（电穿孔仪）有两种主要类型：a)开放式电穿孔器b)封闭式电穿孔器。
开放式电穿孔器：在这种类型的电穿孔器中，用户可以配置脉冲长度、脉冲强度、波形等设置。
封闭式电穿孔器：在这种类型的电穿孔器中，用户必须选择预先设计的配置。
同样，根据操作模式，有两种类型的电穿孔器：a) 指数衰减电穿孔器 b) 方波电穿孔器
指数衰减电穿孔器：产生具有指数衰减波形的电脉冲。这些脉冲可以通过不同的电压和电容设置来优化，以形成脉冲梯度。
方波电穿孔器：产生方波脉冲。这些脉冲具有电压、脉冲之间的持续时间、脉冲频率和脉冲时间。
这两种电穿孔器最常用于哺乳动物电穿孔目的。除此之外，时间常数电穿孔器的特点是时间常数脉冲，其提供持续指定时间段的单一电压。
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电穿孔器组成



电穿孔器组成
电穿孔器的基本组件是：
电源：它是电穿孔器的主要部件，提供电能以产生电场。电源提供的电压范围从几伏到几千伏。它还可以提供短脉冲能量。
脉冲发生器：控制脉冲的幅度、持续时间和频率的组件。振幅、持续时间和脉冲频率是高效电穿孔的重要参数。
比色皿：它们是一次性塑料或玻璃管，用于容纳细胞和分子。它们的尺寸和设计可能有所不同，以适应不同的样品量。它们的另一侧有两个金属电极，有助于将电脉冲传递到细胞。
电极：这些是用于向细胞传递电脉冲的组件。需要正确对齐电极才能在电池上实现均匀的电场分布。 
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进行电穿孔的步骤



基本上，电穿孔包括四个步骤：
细胞制备：通过将细胞悬浮在推荐的电穿孔缓冲液中来制备细胞
电脉冲应用：应在缓冲液和核酸存在的情况下对细胞施加电脉冲。在此步骤中，电脉冲会在细胞膜上产生电位差，因此在膜上会产生瞬时孔，这有助于核酸进入细胞。
细胞返回到生长条件：在此步骤中，细胞返回到生长条件并使其恢复。
细胞测定：这是最后一步。在此步骤中，分析细胞的基因表达或沉默。
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电穿孔仪的应用



细胞治疗：具有出色细胞活力和恢复能力的电穿孔仪用于细胞治疗应用。
基因治疗：最近的技术进步使基因治疗更安全、更有效。
癌症治疗：电化学疗法是电穿孔在癌症治疗中的最佳应用。
基因工程：电穿孔是一种将基因/质粒转移到细菌细胞的简单方法。
转染：它用途广泛，可用于所有细胞类型中 DNA、RNA、mRNA、RNP 或蛋白质的转染。
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电穿孔仪的优点



它非常省时，因为转染或转化实验只需几分钟。
它用途广泛，可用于将 DNA 或 RNA 或蛋白质等外来成分引入细菌、酵母、植物或动物细胞等各种类型的细胞中。
它具有很高的转染或转化效率。
它不含有毒化学物质，可能会损害细胞或影响细胞活力。既可用于大规模实验，也可用于小规模实验。例如，批量电穿孔器用于大量细胞悬浮液。
电穿孔器允许用户根据需要调整电穿孔条件。
它不需要任何向量。
它对细胞类型的依赖性较小。
结果是可重复的。
它适用于难以转染的细胞类型。
它简单易用。
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电穿孔仪的缺点



它需要仔细优化参数。
它可能很昂贵，特别是对于具有高级功能的电穿孔器。
它需要复杂的设置，如电穿孔器、电极和比色皿。
如果电脉冲导致细胞损伤，就会对细胞活力产生影响。
优化不同细胞类型的电穿孔参数有时非常耗时且具有挑战性。
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使用电穿孔仪时的注意事项



比色皿和离心机在使用前应在冰中预冷。
电感受态细胞需要在冰上解冻并充分悬浮。
避免添加大量 DNA，因为这会降低转化效率。
用于转化的 DNA 应不含盐和蛋白质。
应根据比色皿和电穿孔器优化电穿孔。
避免高浓度的盐或气泡，因为它们可能会引起电弧。
电穿孔后应立即向细胞中添加恢复培养基。延迟会降低转换效率。
Petri 板应在 37°C 下预热 1 小时，以获得更高的转化效率。
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参考资料




  1. https://international.neb.com/tools-and-resources/usage-guidelines/ electroporation-tips
  2. https://www.thermofisher.com/np/en/home/references/gibco-cell-culture-basics/transfection-basics/methods/ electroporation.html
  3. https://www.future-science.com/doi/pdf/10.2144/btn-2018-2011
  4. https://www.selectscience.net/products/ecm-830-square-wave- electroporation-system/?prodID=226152
  5. https://www.mdpi.com/2073-8994/12/3/412
  6. https://www.medicalexpo.com/prod/eppendorf-se/product-68382-1012911.html
  7. https://www.medicalexpo.com/prod/bulldog-bio-inc/product-128360-945340.html
  8. https://www.bio-rad.com/en-np/product/micropulser- electroporator?ID=83527990-34fb-4b33-b955-ca53b57bf8b9
  9. https://www.fishersci.com/shop/products/btx-harvard-apparatus-ecm-399-exponential-decay-wave- electroporator/BTX399S
  10. https://www.btxonline.com/gemini-twin-wave- electroporators-2285.html


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