PURPOSE: A nanostructure for gene delivery is provided to lower toxicity and to remarkably increase gene delivery efficiency by chemically binding low molecular branched polyethyleneimine and graphene oxide. CONSTITUTION: A nanostructure for gene delivery contains branched polyethyleneimine and graphene oxide which are chemically conjugated. A gene delivery complex contains the nanostructure and DNA or RNA. A pharmaceutical composition for gene therapy contains the gene delivery complex as an active ingredient.본 발명은 가지형 폴리에틸렌이민(branched polyethyleneimine)과 산화그래핀(Graphene oxide)이 화학적으로 결합된, 유전자 전달용 나노 구조체 및 이의 이용에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가지형 폴리에틸렌이민의 아민기(amine group)와 산화그래핀의 카르복실기(carboxyl group)를 화학적으로 결합시켜 유전자 전달체 및/또는 세포 영상제로 사용할 수 있는 유전자 전달용 나노 구조체, 및 이를 포함하는 유전자 전달 복합체 및 유전자 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유전자 전달용 나노 구조체는 저분자의 가지형 폴리에틸렌이민(branched polyethyleneimine) 및 산화그래핀(Graphene oxide)을 화학적으로 결합시킴으로써 독성은 낮추며 유전자 전달 효율은 현저히 증가시켰을 뿐만 아니라, 산화그래핀의 발광능을 증가시켜 효과적인 유전자 치료용 유전자 전달체 및/또는 세포 영상제로 사용 가능하다.