生物電分析中的載體材料/細菌電極的載體材料。酶電極是重要的生物分析方法之一。GO表面的缺陷和含氧基團具有化學和電化學反應活性，可化學鍵合固定生物大分子用于研制生物傳感器。基于石墨烯材料的非共價固定法用于生物傳感研究也有很多例子；免疫傳感是生物親和傳感的重要類別，在生物分析中占有重要地位；氧化石墨烯材料研制了三明治型免疫傳感器，該傳感器優異的性能是因為石墨烯具有快速的電子轉移速度和大的比表面積。
基于石墨烯的光透電極。常規光透電極主要是銦錫氧化物鍍膜的石英和普通玻璃，主要用于LCD、有機發光二極管（OLED）、觸摸屏和太陽能電池電極等。銦錫氧化物玻璃主要存在以下問題：銦價格昂貴且儲量少、銦錫氧化物鍍層脆弱且常需真空環境制膜、玻璃基底缺乏柔韌性，限制了銦錫氧化物光透電極的應用。而原子級厚度石墨烯因透光性好、導電性高、機械強度大、制備成本低，是制作光透電極的可選材料，尤其是制作柔性光透電極的理想材料。基于石墨烯材料的光透電極可用于染料敏化太陽能電池中。科學家將氧化石墨烯化學還原后制得石墨烯光透膜電極，電極電導率達550S/cm，在1000～3000nm波長下透光率大于70%，雖然這種材料的透光性比氧化銦低，但產生的電流密度比氧化銦高，同時具有較高的化學和熱穩定性。
石墨烯的生物安全性
對細胞毒性方面的研究。對石墨烯及其復合材料的細胞毒性的分析研究有助于判斷其生物安全性程度。中國科學院上海應用物理研究所的黃慶課題組一直關注對石墨烯細胞毒性的研究，并已經發表了一系列的研究成果著作。課題組通過大量實驗，發現細胞在與不同濃度下的石墨烯氧化物（GO）納米片層進行混合后，只表現出了細胞活性的升降，細胞并未因GO濃度的不同而死亡，可見GO具有良好的生物相容性。另一方面，相同濃度的GO和還原型石墨烯氧化物（rGO）則表現出了不同的細胞毒性，而不同氧化程度的石墨烯其細胞毒性也隨之不同。Hu等人研究發現，由于GO材料具有良好的吸附性，可以吸附細胞培養基中的蛋白形成包覆層，抑制其與細胞膜的相互作用，以減少GO的細胞毒性。有其他研究則顯示出了GO的尺寸大小會對其細胞毒性有較大的影響，即尺寸越小的GO，其細胞毒性也越小。目前,有少數研究者認為GO對細胞的毒性很可能來源于材料與細胞膜之間的相互作用，但學界尚未對石墨烯材料和細胞膜相互作用的方式和機制進行深入研究。隨著石墨烯及其復合材料被作為載藥材料的現象越來越多,研究者也開始廣泛關注其材料自身和血液的相互兼容性。
對動物毒性方面的研究。石墨烯及其復合材料的動物毒性是學界的研究焦點之一。已經有研究發現了GO對哺乳動物的肺臟器官具有毒性；但同時也有研究表明，通過對GO的修飾可以在某種程度上避免其對哺乳動物的肺產生毒性。除此之外，一些學者還分析研究了產生動物毒性的相關因素，另一些人則對比了不同條件下GO的動物毒性，并綜合GO的動物毒性與其在細胞內部的電子傳遞過程進行研究。在正常環境里，機體內部的過氧化氫（H2O2）有限，且細胞色素c作為生物氧化過程中的電子傳遞體，已經附著在細胞線粒體內壁上，而GO催化出的少量H2O2并不會引發細胞色素c的泄露，誘導細胞凋亡。但在氧化應激環境中，由于生物體內的電子傳遞過程，GO可將大量電子傳遞給氧分子，生成了大量H2O2，在細胞內部累積到一定程度后，引起細胞色素c泄露，細胞最終也無法避免凋亡的結果。
對微生物抗菌性方面的研究。石墨烯及其衍生物不僅具有良好的生物相容性，還在與微生物的相互作用中展示出突出的抗菌性。黃慶課題組于2010年第一次揭示了石墨烯材料的抗菌性能，實驗數據證明，在摻雜石墨烯納米液的培養基中，大腸桿菌的存活率僅有約10%。目前，對石墨烯及其復合材料的抗菌性研究主要聚焦在以下兩方面：一方面，由于石墨烯的多環芳香烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAH）結構具有優異的化學修飾功能，學界一直致力于將石墨烯應用于制造抗菌材料，探究出能夠規模化制備新型復合納米抗菌材料的方法。另一方面,研究人員則通過對比不同氧化程度的石墨烯的抗菌性，深入探索分析石墨烯材料的抗菌原理和作用機制，以期能夠為最大程度實現石墨烯的抗菌功能提供參考。
石墨烯材料的發現意義非凡，甚至預示著新一輪碳化學革命的興起，引發了科學家極大的研究興趣。石墨烯具備良好的導電導熱性、光透性、抗菌性，且比表面積大等特點，在儲能、電化學分析等方面都表現出了良好的應用前景，值得學界繼續關注研究。然而，石墨烯在市場化和產品化的過程中還存在許多有待解決的問題，石墨烯的工業生產迄今仍未實現，其規模化的制備、功能化的用途還需深入探究，科學家們應對石墨烯進行系統化研究，以促進石墨烯各方面性能的進步，推動其產品化、商業化的進程。
