石墨烯由于具有优越的物理化学性质，自从被发现以来一直受到广泛关注。与此同时，人们也致力于实现石墨烯在相关领域的应用。首先，石墨烯有着非常高的载流子迁移率和较低的噪声水平，用石墨烯器件来记录细胞的电生理信号能够实现极其高的信噪比。第二，石墨烯是由碳原子sp2杂化形成的二维晶体，所有的原子都暴露在表面，对环境变化十分的敏感，因此具有很高的灵敏度。第三，石墨烯具有双极性的特征，通过调控栅压可以轻易实现P型和N型的转换。第四，石墨烯的物理化学性质稳定，适用于各种生物环境。基于以上特性，与其他纳米材料相比，石墨烯在细胞电生理领域的应用有着其独特的优势，然而现阶段对于石墨烯器件应用于电生理领域的研究相对较少。因此，我们对石墨烯器件在细胞电生理信号记录领域展开了详细的研究。　　我们用机械剥离和化学气相沉积两种方法制备了石墨烯。通过光学反差对石墨烯厚度进行快速无损伤标定，再用拉曼光谱技术进一步确认了石墨烯层数和质量。按照标准的微加工方法，加工成石墨烯场效应晶体管，并对其电学性质进行了表征。详细地探讨了掺杂、剩余载流予以及长、短程散射对石墨烯电学性质的影响，为石墨烯性能的提高提供了有益的参考。以石墨烯场效应晶体管为基础，优化其性能以获得信噪比高的细胞电生理信号。主要结论如下:　　(1)悬浮和表面处理可以提高石墨烯器件信噪比，更好地应用于生物检测体系。通过原位刻蚀的方法，去除二氧化硅基底的掺杂影响，使得石墨烯器件在线性区的跨导分别提高了1.5倍（空穴载流子）和2倍（电子载流子），而噪声却分别下降了12倍（空穴载流子）和6倍（电子载流子）。利用热退火和化学湿法清洗的方法去除石墨烯表面的光刻胶。发现在300℃以上，热退火可以获得干净的石墨烯表面，然而石墨烯的电学性能却会有所下降。但是，化学湿法清洗却是一种简单有效的方法，既能获得干净石墨烯器件表面也能提高电学性能。　　(2)石墨烯器件和细胞之间可以形成非常稳定的界面，测得的信号具有很高信噪比。首先，通过优化石墨烯器件，记录到的心肌细胞的电信号信噪比优化前提高了4.5倍，而且发现心肌细胞上表面的电学信号幅度总是要比下表面的大，并利用柔性的石墨烯器件进行了进一步验证。　　(3)不同厚度的石墨烯器件检测性能没有明显差异。对单双层石墨烯器件在不同栅压下信噪比的系统研究发现，单、双层石墨烯器件具有相同的信噪比，并且最大值不是在跨导最大的区间而是在狄拉克点附近。最后，用石墨烯器件记录了信噪比很高的神经细胞电生理信号。　　(4)表面修饰对石墨烯传感器性能的影响。通过扫描隧道显微镜(STM)观测超分子在石墨烯表面的自组装，研究表面修饰对石墨烯传感器性能的影响。结果发现苯三酸在液体-石墨烯界面可以形成超分子网状结构。通过改变石墨烯的层数，苯三酸的组装图案可以从紧密排列的结构变成多孔的网状结构。同时通过客体分子蔻的诱导，在单层石墨烯上自组装的苯三酸也会发生相变。最后，我们也进一步研究了苯三酸层对石墨烯晶体管输运性质的影响。吸附苯三酸之后，石墨烯器件的迁移率有所下降，这是由于苯三酸在吸附的过程中会引入一定的带电杂质。