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石墨烯在医疗领域的应用，为医疗技术创新提供了新方向。在药物递送方面，石墨烯的高比表面积使其能作为药物载体，将药物分子吸附在其表面或层间，通过靶向修饰，让药物精准到达病灶部位，减少药物对正常组织的损伤，提高药物疗效，同时控制药物的释放速度，延长药物作用时间，适用于癌症等疾病的治疗。​
在生物成像领域，石墨烯可用于制备成像造影剂，其独特的光学或电学特性能增强成像信号，提高成像的清晰度和分辨率，帮助医生更准确地观察人体内部组织和病变情况，为疾病诊断提供更可靠的依据。比如在磁共振成像、荧光成像等技术中，石墨烯造影剂能提升成像效果。​
在生物传感器方面，石墨烯的高敏感性使其能制作出高精度的生物传感器，用于检测生物体内的微量物质，如血糖、蛋白质、核酸等。这类传感器响应速度快、检测精度高，可用于疾病的早期诊断、实时监测，比如糖尿病患者的血糖监测，能快速获取血糖数据，帮助患者及时调整治疗方案。