石墨烯和氧化石墨烯由于其独特的结构和物理化学性质在生物医学领域具有重要的应用潜力。本论文的工作侧重于发展新型的二维/三维石墨烯基底材料的制备方法并且研究其在基因转染和干细胞分化中的应用。首先，我们发展了一种简易有效的方式来制备基于纳米氧化石墨烯的图案化二维基底材料，实验证明，该基底能够运用基质介导的方式高效地，高局域性（空间选择性）地将外源基因转入各种不同的细胞系。这种氧化石墨烯基底能够作为一种有效的平台将PEI/pDNA复合物进行预浓缩，进而实现该复合物在相对较长时间里的逐步释放。通过此种方式，我们成功的实现了在条带型氧化石墨烯基底上将外源基因运送进入特定位置的细胞，但是不会对非氧化石墨烯基底上相邻细胞进行基因转染。此外，我们运用该方法还实现了对包括干细胞在内的各种细胞系进行有效的基因转染。在本论文的另一部分工作中，我们制备了生物矿化的三维氧化石墨烯支架来研究人间充质干细胞在该支架上的生长分化。初步的实验结果显示，该三维支架能够促进干细胞的成骨分化行为。因此我们认为发展氧化石墨烯基底材料在干细胞研究以及组织工程学研究中均有着很大的应用前景。