石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料，以其独特的结构、优异的理化性质，近年来成为科研的热点之一。石墨烯与氧化石墨烯的表面修饰与生物应用也是近来科研界关注的热点。石墨烯材料的表面能够被一些高分子所修饰，用以增加石墨烯材料的水溶性与生物相容性，一些纳米颗粒也能够生长在石墨烯的表面。经过良好修饰的氧化石墨烯材料已经被报道能够用于药物装载与细胞学荧光成像等生物应用，但是用于活体动物实验的还不多见。本工作利用葡聚糖与氨基化聚乙二醇两种高分子分别对氧化石墨烯进行了表面修饰，然后利用石墨烯-高分子复合材料探究了材料在细胞内和动物体内的行为，包括细胞与动物毒性、动物体内血液循环与生物分布情况，以及该材料排出动物体的途径。在第二章中，我们对天然高分子葡聚糖进行氨基化后，用来修饰氧化石墨烯，之后对石墨烯-葡聚糖进行荧光标记后探究该材料在细胞内的毒性及进入细胞的机理。接下来，我们对材料进行放射性标记后探究了石墨烯-葡聚糖材料在动物体内的分布及药代动力学，并对材料的代谢途径和动物毒性进行了初步的研究。在第三章中，我们利用聚乙二醇修饰的石墨烯材料探究了该材料在细胞和动物体内的行为，如细胞毒性、动物体内血液循环及生物分布等，并利用该材料对小鼠肿瘤进行了荧光成像和光热治疗。结果显示，该材料能够有效对多种肿瘤模型进行成像，对小鼠肿瘤进行光热治疗后肿瘤组织即被杀灭，并在40天的实验周期内没有复发。在第四章中，我们探究了在石墨烯表面负载纳米颗粒，如纳米四氧化三铁、纳米银、纳米金颗粒等，并对这些石墨烯基复合材料的形貌、光学、磁学性质进行了初步的探究。本文的创新之处在于，利用高分子修饰的石墨烯材料探究了材料在生物体内的效应，并实现了诸如肿瘤成像及治疗等应用，对石墨烯基材料在纳米生物医学中的应用进行了初步的探索，对于以后的研究具有一定的借鉴意义。