沈淑娴，何旭昭，董灵庆，程 逵，翁文剑

(浙江大学材料科学与工程学院，浙江杭州 310027)

1 前 言

生物电广泛存在于人体之中，内源性电场在调节诸如胚胎发生、伤口愈合、组织修复与重塑等许多生物学过程中发挥着至关重要的作用[1-4]。受骨骼自然压电特性的启发[5]，通过采用外源的电刺激并提供适当的生理环境来模仿内源性电场已被用于调节成骨类细胞和干细胞的成骨分化并促进骨骼生长。

McCullen等[6]使用叉指型金电极提供交变电场刺激，结果表明1 V/cm 强度的电场明显增强了h ASCs的成骨分化能力。Park等[7]用平行电极在限定的纳米管TiO2基底表面附近产生电场，并证明强度为200或400 m V/cm 的恒定电场诱导了MSCs的成骨分化。Thrivikraman 等[8]使用细胞外基质涂覆的导电聚苯胺模拟骨组织微环境，将细胞间歇性暴露在耦合产生的电场中，结果显示h MSCs的成骨分化潜能显著增强。Hu等[9]证明了导电的聚吡咯薄膜可支持350 m V/cm 的电场刺激，并且恒定电场促进了r BMSCs细胞外基质中的钙沉积。

在这些研究中，电场的产生主要通过平行电极、平面电极、电容耦合或电感耦合来施加电信号[10]。与其他传统的装置相比，具有叉指型陈列的平面微电极在电极上方、下方和垂直于电极方向均能产生电场；极小的电极间隔类似生理特征尺寸，仅需要较小的电压即可产生生理所需的电场强度，不易产生电化学效应；电场被定位在电极紧邻处且近似于平行，细胞所处的电场刺激是恒定的[6，11-13]。但是，平面电极在产生电场的同时必然伴随着微电流，而且由于叉指型的设计电极的表面成分必然不均匀，而表面覆膜的方式恰恰可以消除由此带来的影响。……