Дифузія крізь мембрани

Силіконові трубки є досить проникненні для газів, і якщо культуральний сосуд оснастити довгими тонкостінними трубками, то можна досягти достатньої дифузії кисню в культуру. Для цього, однак, потрібні дуже довгі трубки (наприклад, для культури об’ємом 1000 л потрібні трубки довжиною 30 м і діаметром 2,5 см). Цей метод є дорогим і незручним у користуванні і, до того ж, створює невирішувану проблему при збільшенні масштабів культивування, оскільки при цьому відбувається тривимірний ріст культури і тільки двовимірний ріст системи газообміну.

Перфузія середовища

Розглянута раніш система перфузійного контуру постійно (або за сигналом) вилучає середовище з культури і пропускає її крізь пристрій для оксигенації, а потім повертає до культури. Цей метод володіє багатьма перевагами, якщо легко відділяти середовище від клітин для пропускання крізь перфузійний контур. Середовище у пристрої для оксигенації ефективно пробулькується для насичення киснем та іншими компонентами, такими, наприклад, як NaOH для контролю рН, який може пошкоджувати клітини, якщо його додавати безпосередньо в культуру. Цей метод використовується в системах зі скляним намистом і виявляється особливо ефективним в системах з мікроносіями.

Потрапляння з газової фази

Концентрація розчиненого кисню може бути підвищена шляхом збільшення парціального тиску кисню у газовій фазі (від атмосферних 21% до будь-якого значення у суміші кисню з азотом) або шляхом підвищення тиску в культурі на 1 атм (у цьому випадку збільшується розчинність кисню та його дифузія). Ці методи використовуються лише у добре вивчених культурах, оскільки є загроза токсичних ефектів кисню. І нарешті, на величину швидкості потрапляння кисню може впливати форма лопатей мішалки.

Нарощування культур клітин

Першим фактором, який звичайно приходиться долати при збільшенні маси культури, є киснева недостача. Це стає проблемою у звичайних перемішуваних культурах при об’ємі більш ніж 10 л. Однак при сучасному використанні культур з високою щільністю клітин, що підтримуються за допомогою перфузії, кисневе голодування може відбуватися і у дволітрових культурах. Для передбачення етапу, на якому може початися кисневе голодування, використовують комп’ютерні моделі. Ці моделі використовують у якості вихідних даних ростові характеристики клітин (їх тип, розмір інокуляту, тривалість лаг-фази і середній час генерації) і характеристики системи культивування (об’єм середовища і газової фази, площа поверхні, склад газової суміші, тиск). Програма надає вибір методу аерації як у перещеплюваній, так і у статичній культурах. Баланс кисню розраховується на 8-годинний інтервал з отриманням величин виходу клітин і подачі та утилізації кисню. При цьому можна варіювати такі параметри оксигенування, як швидкість обертів мішалки та швидкість току повітря, що пробулькується.

Редокс-потенціал

Окисно-відновлюваний потенціал (ОВП), або ж редокс-потенціал, є показником заряду середовища, і його величина, таким чином, визначається співвідношенням окислюючих і відновлюючих хімічних сполук, концентрації кисню і рН. При виготовленні свіжого середовища і потраплянні його до культурального сосуду потрібен час для встановлення рівноважного ОВП (цей процес називається врівноваженням). Оптимальний рівень ОВП для росту багатьох ліній клітин складає +75 мв, що відповідає значенню рО₂ розчиненого кисню 8-10%. При відстеженні зміни ОВП за допомогою редокс-електрода та рН-метра з мілівольтовою шкалою можна отримати дані щодо характеру росту клітин. Це пов’язано з тим, що значення ОВП знижується на протязі логарифмічного росту клітин і досягає мінімального значення приблизно за 24 години до настання стаціонарної фази. Такий спосіб оцінки росту культури є особливо ефективним, коли неможливо відбирати проби клітин.