細(xì)胞之間的通訊是通過(guò)各種形式的固定且可溶的介質(zhì)（如氣體,、離子、肽和蛋白質(zhì)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。在抗體-抗原識(shí)別中,，表位和互補(bǔ)位之間的穩(wěn)定匹配只有在它們擴(kuò)散通過(guò)帶電的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)并與溶劑分子成功競(jìng)爭(zhēng)后以足夠接近的距離相遇時(shí)才會(huì)發(fā)生,。該識(shí)別過(guò)程中的所有參與者，包括ECM,、溶劑分子,、抗體和抗原呈遞實(shí)體，由于其分子中的電荷和極性基團(tuán),、這些參與者的分布和運(yùn)動(dòng),，都對(duì)電場(chǎng)(EF)敏感。在理論上,，可以通過(guò)內(nèi)源性或外源性EF來(lái)操縱或影響,，從而導(dǎo)致細(xì)胞相互作用的電調(diào)節(jié)。觀察結(jié)果表明,，生理相關(guān)的內(nèi)源性或外源性電刺激(ES)可以作為影響或調(diào)節(jié)細(xì)胞和組織穩(wěn)態(tài)的有效工具,。

ES對(duì)動(dòng)物細(xì)胞的刺激有多樣化的方式：一些是基于細(xì)胞類型，另一些是基于刺激方法或EF特性,，例如直流電(DC)與交流電(AC),，或用介導(dǎo)材料。ES可以激活細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)通路,，影響細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境,，從而影響細(xì)胞遷移、增殖和分化,。生物相容性導(dǎo)電材料的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn),，ES與組織工程支架的搭配可以結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的理想選擇,。

一,、電極

以其簡(jiǎn)單性成為將ES施加于細(xì)胞或組織的最常見工具。然而使用電極的方式不同,，數(shù)據(jù)幾乎沒(méi)有可比性,。

1. 浸沒(méi)在培養(yǎng)基中的兩個(gè)電極

據(jù)所用金屬的類型，可能會(huì)發(fā)生不可逆的金屬溶解,，從而改變介質(zhì)的pH值,。此外，EF可能會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)基中離子分布的梯度,，從而對(duì)細(xì)胞生理學(xué)產(chǎn)生不同的影響,，并增加區(qū)分ES引起的特定細(xì)胞反應(yīng)的難度,。最重要的是，恒定電流會(huì)在電極-介質(zhì)界面處產(chǎn)生電化學(xué)產(chǎn)物,，這可能會(huì)損害電池,。

2. 電極之間使用鹽橋

通過(guò)在U形玻璃管中填充由高濃度惰性電解質(zhì)（如KCl或KNO3）制成的溶液以及瓊脂或明膠等膠凝劑，鹽橋允許離子移動(dòng)以傳輸電荷,，同時(shí)阻止其他物質(zhì)的擴(kuò)散,。使用鹽橋的目的不是將電極直接浸入培養(yǎng)基中，而是防止電極/液體界面處產(chǎn)生的氧化還原產(chǎn)物污染培養(yǎng)基,。

使用鹽橋可以將培養(yǎng)室與電極的有害電解產(chǎn)物分開,。然而，大直徑玻璃管可能導(dǎo)致鹽泄漏到培養(yǎng)室并影響培養(yǎng)基成分,。實(shí)驗(yàn)裝置也占用很大的空間,，并且細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)的玻璃橋可能有破裂的風(fēng)險(xiǎn)。這種設(shè)計(jì)是前文提到的帶有金屬電極的直接ES的更好替代方案,。缺點(diǎn)是設(shè)備的復(fù)雜性使得多個(gè)并行實(shí)驗(yàn)變得困難,。

3. 細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)作為工作電極

首先將細(xì)胞接種并培養(yǎng)在電極表面，然后將電極用作三電極電化學(xué)電池中的工作電極,。由于工作電極的表面具有等電位,，因此粘附在其上的所有細(xì)胞都會(huì)受到均勻的EF。由于細(xì)胞在不同基質(zhì)上的表現(xiàn)不同,，因此涉及不同工作電極的實(shí)驗(yàn)之間的任何比較都必須非常謹(jǐn)慎,。

二、導(dǎo)電基底介導(dǎo)

半導(dǎo)體可以用作生長(zhǎng)細(xì)胞的基底,，基板被布線成完整的電路并且不產(chǎn)生任何電泳或電極反應(yīng),。當(dāng)沿基底形成電位梯度時(shí)，與基底表面密切相互作用的細(xì)胞膜也會(huì)經(jīng)歷該電位梯度,。如果使用替代電流,，電磁場(chǎng)也會(huì)發(fā)揮作用?；牡碾妼?dǎo)率必須足夠低,，以實(shí)現(xiàn)生理上顯著的電勢(shì)梯度，同時(shí)不能太高,，以免產(chǎn)生過(guò)多的焦耳熱，干擾正常的生理溫度,。

1. 碳(C)及其同素異形體

C在多種條件下（如強(qiáng)酸和強(qiáng)堿）表現(xiàn)出高耐腐蝕性和惰性,。其表面可以通過(guò)感興趣分子的物理吸附或化學(xué)吸附，或通過(guò)識(shí)別元件和酶的固定化來(lái)修飾,。此外,，對(duì)于碳基和烴基材料,，碳表面比鉑或金具有更好的親和力。

2. 導(dǎo)電聚合物

經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝后,，導(dǎo)電聚合物可以變得具有生物相容性,、可生物降解性和多孔性。

三,、無(wú)創(chuàng)刺激

1. 電磁場(chǎng)

可以通過(guò)電磁場(chǎng)(EMF)實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)刺激,。工作線圈圍繞或包圍研究對(duì)象，而無(wú)需任何直接接觸,。因此不存在細(xì)胞毒性,、組織相容性、電荷轉(zhuǎn)移,、電極表面修飾和腐蝕等問(wèn)題,。

2. 電容耦合

基于兩個(gè)電容器板之間建立的EF，待刺激的細(xì)胞或組織夾在電容器板之間,。為了確保均勻的ES,，通常使用平行板。如果電容器板之間材料的介電常數(shù)已知,，則可以計(jì)算施加到細(xì)胞或組織的EF強(qiáng)度,。該方法避免了電池和電容板之間的任何接觸，消除了板的表面化學(xué)和形態(tài)的潛在干擾,。然而,，由于電容板和電池之間存在電介質(zhì)，因此需要高（可能超過(guò)1000 V）且不安全的電壓,。