細胞之間的通訊是通過各種形式的固定且可溶的介質（如氣體、離子、肽和蛋白質）來實現的。在抗體-抗原識別中，表位和互補位之間的穩定匹配只有在它們擴散通過帶電的細胞外基質(ECM)并與溶劑分子成功競爭后以足夠接近的距離相遇時才會發生。該識別過程中的所有參與者，包括ECM、溶劑分子、抗體和抗原呈遞實體，由于其分子中的電荷和極性基團、這些參與者的分布和運動，都對電場(EF)敏感。在理論上，可以通過內源性或外源性EF來操縱或影響，從而導致細胞相互作用的電調節。觀察結果表明，生理相關的內源性或外源性電刺激(ES)可以作為影響或調節細胞和組織穩態的有效工具。

ES對動物細胞的刺激有多樣化的方式：一些是基于細胞類型，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)，或用介導材料。ES可以激活細胞內多種信號通路，影響細胞內微環境，從而影響細胞遷移、增殖和分化。生物相容性導電材料的優勢逐漸顯現，ES與組織工程支架的搭配可以結合兩者的優點，是再生醫學領域的理想選擇。

一、電極

以其簡單性成為將ES施加于細胞或組織的最常見工具。然而使用電極的方式不同，數據幾乎沒有可比性。

1. 浸沒在培養基中的兩個電極

據所用金屬的類型，可能會發生不可逆的金屬溶解，從而改變介質的pH值。此外，EF可能會導致培養基中離子分布的梯度，從而對細胞生理學產生不同的影響，并增加區分ES引起的特定細胞反應的難度。最重要的是，恒定電流會在電極-介質界面處產生電化學產物，這可能會損害電池。

2. 電極之間使用鹽橋

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

使用鹽橋可以將培養室與電極的有害電解產物分開。然而，大直徑玻璃管可能導致鹽泄漏到培養室并影響培養基成分。實驗裝置也占用很大的空間，并且細胞培養箱內的玻璃橋可能有破裂的風險。這種設計是前文提到的帶有金屬電極的直接ES的更好替代方案。缺點是設備的復雜性使得多個并行實驗變得困難。

3. 細胞培養基質作為工作電極

首先將細胞接種并培養在電極表面，然后將電極用作三電極電化學電池中的工作電極。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胞都會受到均勻的EF。由于細胞在不同基質上的表現不同，因此涉及不同工作電極的實驗之間的任何比較都必須非常謹慎。

二、導電基底介導

半導體可以用作生長細胞的基底，基板被布線成完整的電路并且不產生任何電泳或電極反應。當沿基底形成電位梯度時，與基底表面密切相互作用的細胞膜也會經歷該電位梯度。如果使用替代電流，電磁場也會發揮作用。基材的電導率必須足夠低，以實現生理上顯著的電勢梯度，同時不能太高，以免產生過多的焦耳熱，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（如強酸和強堿）表現出高耐腐蝕性和惰性。其表面可以通過感興趣分子的物理吸附或化學吸附，或通過識別元件和酶的固定化來修飾。此外，對于碳基和烴基材料，碳表面比鉑或金具有更好的親和力。

2. 導電聚合物

經過適當的結構設計和制造工藝后，導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、無創刺激

1. 電磁場

可以通過電磁場(EMF)實現無創刺激。工作線圈圍繞或包圍研究對象，而無需任何直接接觸。因此不存在細胞毒性、組織相容性、電荷轉移、電極表面修飾和腐蝕等問題。

2. 電容耦合

基于兩個電容器板之間建立的EF，待刺激的細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已知，則可以計算施加到細胞或組織的EF強度。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和形態的潛在干擾。然而，由于電容板和電池之間存在電介質，因此需要高（可能超過1000 V）且不安全的電壓。