调整和稳定细胞培养基pH的常用方法及操作要点！

 

百欧博伟生物：在细胞培养过程中，维持培养基的pH稳定对细胞生长、代谢和产物表达至关重要。pH的波动通常由细胞代谢（如乳酸和氨的积累）或环境因素（如CO逸出）引起。以下是调整和稳定细胞培养基pH的常用方法及操作要点：

 

一、缓冲体系设计

 

培养基中通常通过缓冲液维持pH稳定，常见缓冲成分包括：

 

1、碳酸氢钠（NaHCO）与CO平衡（适用于封闭或开放系统）：

 

封闭系统（如密封培养瓶）：需预充5-10% CO环境，利用NaHCO与CO的平衡缓冲pH（pH 7.2-7.4）。

 

开放系统（如生物反应器）：通过调节通入的CO或空气比例维持pH（需在线pH传感器反馈控制）。

 

2、化学缓冲剂：

 

HEPES（10-25 mM）：非CO依赖型缓冲剂，适合无血清培养基或高密度培养。

 

磷酸盐缓冲液（PBS）：常用于基础培养基，但缓冲能力较弱。

 

二、酸碱溶液直接调节

 

1、酸性溶液（用于调低pH）：

 

0.1-1 M HCl或CO通入（通过溶解CO生成碳酸）。

 

2、碱性溶液（用于调高pH）：

 

0.1-1 M NaOH或NaHCO溶液（需注意渗透压变化）。

 

3、操作要点：

 

小规模培养（如摇瓶）：手动滴加酸碱溶液，缓慢混合避免局部过酸/碱。

 

大规模生物反应器：通过自动泵按需添加，结合在线pH探头实时调控。

 

三、代谢副产物控制

 

乳酸和氨的积累是pH下降或升高的主要原因，可通过以下策略减少其影响：

 

1、优化补料策略：

 

控制葡萄糖补加速度（避免过量导致乳酸堆积）。

 

使用替代碳源（如半乳糖、谷氨酰胺衍生物）减少乳酸生成。

 

2、氨的控制：

 

减少谷氨酰胺浓度，改用更稳定的二肽（如GlutaMAX™）。

 

通过培养基置换或灌流培养移除代谢废物。

 

四、CO浓度调控（针对开放式系统）

 

1、生物反应器中CO通入：

 

pH过高时：通入CO降低pH（CO溶解生成HCO，释放H）。

 

pH过低时：减少CO通入或增加空气通气速率（促进CO逸出）。

 

2、注意事项：

 

需与溶氧（DO）控制协同（例如，通过调整搅拌速率或气体混合比例）。

 

五、温度与溶氧协同调节

 

1、温度影响：

 

降低温度（如从37降至32-34）可减缓细胞代谢速率，减少乳酸生成。

 

常用于灌流培养或高密度培养后期。

 

2、溶氧（DO）控制：

 

溶氧不足会增强无氧代谢，增加乳酸生成，需维持DO在20-50%（通过调节通气或搅拌）。

 

六、培养基配方优化

 

1、预调pH：

 

配制培养基时预先调整pH至目标范围（如7.0-7.4），并考虑温度影响（pH随温度升高略微下降）。

 

2、补充缓冲成分：

 

添加丙酮酸（减少乳酸生成）或丝氨酸（调节氨代谢）。

 

3、无血清/化学成分明确培养基：

 

减少蛋白成分对pH的干扰，提高缓冲体系可控性。

 

七、自动化与过程控制

 

1、在线pH监测与反馈控制：

 

生物反应器集成pH传感器，联动酸碱泵或CO通气阀实现闭环控制。

 

采用PID（比例-积分-微分）算法实现精准调节。

 

2、数据建模：

 

通过代谢通量分析（MFA）预测pH变化趋势，提前干预。

 

八、特殊情况处理

 

1、病毒载体生产：

 

某些病毒包装过程对pH敏感（如慢病毒需pH 7.0-7.2），需严格控制波动。

 

2、细胞治疗产品：

 

避免使用动物来源成分（如血清）调节pH，优先选择化学成分明确试剂。

 

九、注意事项

 

避免剧烈调整：pH骤变可能导致细胞应激或死亡，调节时需缓慢操作。

 

渗透压保护：添加酸碱溶液时需控制体积（如浓缩液），避免渗透压剧烈变化。

 

兼容性验证：任何pH调节剂（如HEPES、NaOH）需预先验证对细胞生长和产物质量的影响。

 

通过综合运用缓冲体系设计、代谢调控和自动化技术，可实现细胞培养过程中pH的高效稳定控制，为细胞生长和产物表达提供最佳环境。

 

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