纳米材料在光、电、磁等方面的优异性能促进了其在医学成像、生物检测和光电转换等领域的巨大发展。然而纳米材料的传统合成方法通常涉及到苛刻的反应条件以及有毒的反应试剂,这无论是对实验操作者或是对环境保护来说都无疑存在较大的风险和危害。随着化学、物理、生物和材料等学科之间的相互交叉,研究者们认识到,活细胞内具有的高度精准的分子调控机制使得活细胞自身可作为无机纳米材料的微生物反应器,且借助活细胞合成纳米材料的方法温和又高效。目前研究者们已经在活细胞内成功合成了多种纳米材料,并且在基因调控胞内纳米材料合成方面也取得了突破。然而,目前为止在胞内合成的纳米材料通常只具备荧光性质,且尚未实现合成的纳米材料在活体内的应用。因此,本文基于本课题组提出的“时-空耦合”策略,从功能性纳米材料的胞内合成以及活体应用方面展开工作,主要开展了以下内容:（1）利用“时-空耦合”策略,在金葡菌中合成了具有磁性功能的小粒径的Mn Se纳米粒子。从胞内分离出来的Mn Se纳米粒子粒径均一,单分散性好,平均粒径为3.50±0.52nm。在磁场下,Mn Se纳米粒子展现出较强的磁共振成像信号,纵向弛豫率高达13.96m M_˙^-1s^-1,是商品化的T₁造影剂（Gd-DTPA）纵向弛豫率的4.5倍,并且具有良好的生物相容性。在用于小鼠肿瘤成像时,Mn Se纳米粒子可通过EPR效应在直径为约5mm的肿瘤部位富集,呈现出优异的T₁增强信号,并且在活体内的血液循环时间超过7h,远高于商品化的Gd-DTPA造影剂（约为45min）。借助活细胞合成的磁性Mn Se纳米粒子展现出良好的生物应用前景,为功能性纳米粒子的活细胞合成和活体应用提供了新思路。（2）利用“时-空耦合”策略,我们在金葡菌内成功合成了兼具近红外Ⅱ区荧光发射与光热转换性能的Ag₂Se量子点。从胞内分离出来的Ag₂Se量子点发射波长位于近红外Ⅱ区(λ_em=1030nm),并在近红外区具有良好的吸收特性。在激光的照射下,Ag₂Se量子点呈现出优异的光热转换特性,光热转换率高达44.7%,远高于目前已经报道的Ag₂Se纳米材料的光热转换效率（37.91%）。借助活细胞合成的Ag₂Se量子点展现出优异的活体应用潜能,为实现近红外II区引导的光热治疗、实现肿瘤的诊疗一体化奠定了基础。