微电极阵列可以广泛用于研究各种电活性细胞信号传递，如动作电位检测、多巴胺的释放等。在细胞生物学的研究领域，需要实时、长程、有效的观测和记录细胞的形态变化、化学反应等参数，对微电极阵列的性能提出了越来越高的要求，需要微电极阵列芯片具有更高的透明性和更好的电学性能。传统微电极阵列芯片存在透明性不足以及与待测细胞或组织的有效接触面积小等缺陷，本论文基于石墨烯优良的导电性和透明性，提出利用三维立体结构来增大电极有效接触面积，结合微加工工艺将石墨烯薄膜转移至三维结构构成的阵列基底上形成石墨烯三维微电极阵列芯片。综上，本文主要研究了一种石墨烯三维微电极阵列的制作方法，对石墨烯三维微电极结构和性能进行了表征和测试，主要研究内容及结果如下:　　(1)针对传统微电极阵列透明性差和有效接触面积小的问题，采用透明的石墨烯薄膜作为电极材料，设计三维立体电极结构，即将单层石墨烯薄膜转移到三维结构上通过微加工工艺制作透明的单层石墨烯三维微电极阵列。利用光学显微镜和扫描电子显微镜对单层石墨烯三维微电极阵列表面形貌进行了表征，利用拉曼光谱技术、电化学交流阻抗谱和循环伏安法对材料及其电学性能进行了测试。最后在石墨烯三维电极阵列上成功实现了细胞的培养，并用电化学方法测试了电极的稳定性，得到了预期的实验结果，但转移一次的石墨烯薄膜较易破损，测到界面阻抗值相比金属电极高。　　(2)基于单层石墨烯薄膜的三维微电极阵列的性能还需优化，在三维结构上多次转移石墨烯薄膜来弥补单层石墨烯薄膜容易破损的情况，形成双层石墨烯微电极阵列。同时在相同的电化学条件下，对相同尺寸的金微电极、转移两次石墨烯的平面微电极和三维微电极进行了电化学测试，比较三种电极的电学性能，结果表明双层石墨烯三维微电极阵列具有更好的电学性能，透明性能方面明显优于金微电极。　　本论文系统研究了石墨烯三维微电极阵列的设计、制备和性能表征，通过实验工艺的优化，将单次石墨烯薄膜转移改进为多次石墨烯薄膜转移，在透明性和有效接触面积以及阻抗性能方面与传统金微电极和石墨烯平面微电极相比有了显著的提高，为透明微电极阵列芯片的制作提供了新思路，在电生理学研究方面具有重大的应用前景。