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电穿孔系统是一种利用高压电脉冲在细胞膜上形成瞬时微孔,从而促进外源分子(如DNA、RNA、蛋白质或药物)进入细胞的生物技术设备。广泛应用于基因转染、细胞融合、疫苗开发、癌症治疗等领域。
1. 工作原理
电脉冲作用:高压电场(通常100-3000 V/cm)使细胞膜磷脂双分子层暂时不稳定,形成纳米级孔隙。
分子导入:外源物质通过电渗流或扩散进入细胞。
膜修复:撤去电场后,细胞膜在数分钟内自然修复。
2. 系统组成
组件功能
脉冲发生器产生可控的高压方波/指数衰减波(脉冲宽度通常0.1-100 ms)
电穿孔腔(Cuvette)容纳细胞与样品的电极槽(常用铝/铂电极,间距1-4 mm)
温度控制模块部分系统配备冷却功能,防止过热损伤细胞
软件控制界面设置电压、脉冲次数、间隔时间等参数
3. 主要应用
基因转染:
将质粒DNA导入哺乳动物细胞(如HEK293、CHO细胞)。
CRISPR-Cas9基因编辑中的gRNA递送。
细胞融合:
制备杂交瘤细胞(单克隆抗体生产)。
临床治疗:
电穿孔递送化疗药物(如皮肤癌的电化学疗法)。
DNA疫苗开发(如新冠疫苗的肌肉电穿孔递送)。
4. 关键参数优化
参数影响典型范围
电场强度决定穿孔效率与细胞存活率哺乳动物细胞:200-500 V/cm
脉冲宽度短脉冲(μs)用于小分子,长脉冲(ms)用于大分子0.1-10 ms
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