哺乳動(dòng)物細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化高度敏感,，大小規(guī)模反應(yīng)器中工藝表現(xiàn)不一致成為放大的主要挑戰(zhàn)，其中高二氧化碳分壓( pCO₂ ) 問(wèn)題給大規(guī)模反應(yīng)器中細(xì)胞生長(zhǎng),、代謝,、蛋白產(chǎn)量與質(zhì)量及糖型等關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)帶來(lái)嚴(yán)重影響。而相關(guān)文獻(xiàn)指出pCO₂通常在30 ～ 80 mmHg 較合適,。

CO₂是有氧呼吸的產(chǎn)物之一,，同時(shí)作為底物參與回補(bǔ)反應(yīng)。哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中,，CO₂的來(lái)源包括細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO₂,、培養(yǎng)基中NaHCO₃的分解和控制pH 值加入的CO₂和 NaHCO₃/Na₂CO₃等。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)大多使用碳酸-碳酸氫鹽( H₂CO₃-HCO₃^－) 緩沖系統(tǒng),，因此CO₂ 存在如圖1的平衡反應(yīng),，K1和 K2 為反應(yīng)平衡常數(shù)( 37 ℃ ) ，kLaCO₂為CO₂體積傳質(zhì)系數(shù),，CTR為CO₂傳質(zhì)速率( Carbon dioxide transfer rate) ,，還可以用CO₂逸出速率表示( CO₂ stripping rate) ,，CER為CO₂轉(zhuǎn)化速率( Carbon dioxide evolution rate) 。

pCO₂在小規(guī)模反應(yīng)器中通常不作在線控制，在放大后極易出現(xiàn)波動(dòng)和升高,，導(dǎo)致工藝放大的不確定性,。細(xì)胞培養(yǎng)特別是高密度細(xì)胞培養(yǎng)工藝放大中，如何實(shí)現(xiàn)氧氣供應(yīng)和CO₂逸出的平衡,，挑戰(zhàn)依然很大,。為了減小放大過(guò)程中高pCO₂的風(fēng)險(xiǎn)，在工藝條件的優(yōu)化方面,，合理的pH 控制策略可以避免規(guī)模間pCO₂差異,。在大規(guī)模參數(shù)的控制方面，首先在反應(yīng)器設(shè)計(jì)和選擇時(shí),，需要考慮攪拌槳/擋板和安裝位置,，確保反應(yīng)器中良好的混合;其次可使用大孔鼓泡器,，優(yōu)化空氣/氮?dú)夂脱鯕獾牧魉俸捅壤栽黾覥O₂逸出,。最后,，新型pCO₂ 預(yù)測(cè)模型聯(lián)合在線CO₂ 傳感器的使用，可以實(shí)現(xiàn)pCO₂的在線檢測(cè)和反饋控制,。隨著模型預(yù)測(cè)控制( Model predictive control,，MPC)的發(fā)展，通過(guò)預(yù)測(cè)工藝參數(shù)未來(lái)的軌跡,，再反饋給系統(tǒng)采取行動(dòng),，以實(shí)現(xiàn)工藝與歷史工藝表現(xiàn)一致，也將是細(xì)胞培養(yǎng)中pCO₂ 控制的發(fā)展趨勢(shì)