石墨烯是壹種二維材料，由sp2連接的單層碳原子組成。石墨烯由碳骨架構成，不含任何重金屬元素，因此生物相容性好，毒性低。目前，石墨烯的研究和應用主要集中在傳感器、太陽能電池、海水淡化、儲氫材料制備、航空航天等領域。當然，石墨烯(壹般用氧化石墨烯)在生物醫學領域也取得了壹些不錯的成果。特別是利用氧化石墨烯進行抗菌研究的報道很多。當然，利用石墨烯治療癌癥也成為壹個熱門領域。
1.氧化石墨烯將近紅外光轉化為熱能，對癌癥進行活體加熱(光熱療法)。
石墨烯在壹定程度上可以吸收近紅外光，並且可以將吸收的光轉化為熱量，這將促進腫瘤組織的局部溫度升高，從而導致腫瘤熱死。這就是所謂的光熱療法。
2.氧化石墨烯作為藥物載體，實現腫瘤的高效化療。
常規化療藥物往往水溶性不是很好，沒有靶向性，長期服用會誤傷正常細胞，使癌細胞產生耐藥性。氧化石墨烯既有親水基團，又有疏水的sp2碳骨架，因此具有兩親性。通過π ~ π堆積，可以裝載抗癌藥物形成納米粒，然後通過被動EPR效應(腫瘤組織富集效應)使藥物主要富集在腫瘤組織中，從而降低毒副作用。此外，如果將氧化石墨烯修飾成主動靶向分子，通過主動和被動靶向相結合，可以實現特定的癌細胞殺傷能力。
當然，也可以結合氧化石墨烯的光熱治療，實現腫瘤的光熱和藥物化療協同治療，從而大大提高治療效率。此外，氧化石墨烯還可以修飾載體核酸，實現基因治療和化療的聯合治療。