近年来,基于纳米材料优异的光学,电学,磁学等性质,纳米材料已经被广泛地用于生物检测,示踪,光电转换及光热治疗等研究领域。通过调节纳米材料的组成、尺寸及形貌等,可以有效地调控纳米材料的各种性能,已发展的化学和物理合成方法有效地实现了对纳米材料的调控,这些合成方法往往涉及强的氧化还原试剂,苛刻的反应条件以及极快的反应速度。随着材料学、化学及生命科学等交叉学科的发展,人们认识到活细胞具有极高的组织化体系和精确的分子调控系统,可以作为无机纳米材料合成的高精度生化反应器,反应温和且高效,能够为纳米材料的合成提供新的路径。这样,利用活细胞内的生化反应实现纳米材料的合成越来越受到科研人员的亲睐。本课题组提出了无机纳米材料合成的“时-空耦合”策略,即：通过精心设计和简单的化学操作使细胞内原本不可能相遇的生化反应（或代谢）途径在适当的时间和空间相遇,在活细胞内实现发光量子点的合成。例如,巧妙耦合酵母细胞的富硒及重金属Cd2+离子的解毒这两条不相关的途径,成功实现了多色荧光CdSe量子点的胞内可控合成。进一步利用分子遗传学方法,研究了胞内发光量子点的合成机理。此外,在细胞可控合成量子点及对胞内生化反应探究的基础上,在胞外构建了可控合成其它纳米材料的“准生物体系”。这样的一个“时-空耦合”新策略解决了目前胞内合成高性能荧光半导体纳米材料的难题,但是如何高效、方便地利用胞内纳米材料的荧光性质,且发展便捷的细胞表面修饰方法又是新的一大挑战。基于此,我们紧紧围绕活细胞的生命活动过程开展了以下工作：（1）构建了基于细胞的全同荧光生物探针用于病原体的高灵敏检测。通过“时-空耦合”策略,我们已经成功地将金黄色葡萄球菌转化为发光细胞信标,所获得的细胞信标亮度高、光稳定性强、荧光转化率高、分散性好且粒径均一。基于细胞表面天然表达的蛋白A能够有效地结合抗体Fc端这一特性,细胞信标能够直接而方便的与抗体结合,从而制备基于细胞的荧光靶向双功能生物探针。结合免疫磁捕获的方法,成功地实现了对禽流感H9N2病毒的检测,可检测的最低浓度为8.94 ng/mL。仅仅通过改变结合于细胞表面的抗体,就能方便地获得各种不同的检测探针,我们已进行了猪伪狂犬病毒、杆状病毒、鼠寒沙门氏菌、乳腺癌细胞等的高灵敏检测。这种简单,灵敏且特异性的方法能够成为一种普适性的检测方法。（2）基于麦胚凝集素标记的细胞信标,发展了一种高效、快速地标记肿瘤细胞的方法。探究了细胞信标随放置时间的光稳定性、荧光转化率、分散性,并且考察了不同批次间细胞信标的荧光光稳定性,进一步证实了细胞信标可以作为一种荧光性质优越的信号报告体。同时利用细胞壁表面的组成成分N-乙酰葡萄糖胺直接与麦胚凝集素（WGA）结合的特点,仅仅将细胞信标与WGA孵育,便能够成功而高效地将WGA修饰于细胞信标表面。利用WGA修饰的细胞信标作为荧光生物探针成功地实现了对肿瘤细胞高效、快速的标记,同时也发展了一种可视化的标记策略。（3）利用金葡菌内生化反应原理实现了胞内纳米材料合成,接着提出了胞内纳米材料合成的生化反应途径,并利用胞内途径指导了胞外纳米材料的可控合成,整个合成条件温和可控。利用胞内合成Te纳米棒的生化反应途径,仅仅通过改变电解质及酶的浓度,即可在胞外可控合成其长径范围为10-200 nm且光学性质可调的Te纳米棒。该方法易被操控,重现性好,可信度高。（4）发展了一种利用活细胞内的生化反应及代谢过程实现了对出芽微粒的荧光自主标记策略。通过对MCF-7细胞内生化反应及代谢途径的探究,通过有效操控细胞,高效耦合活细胞内的代谢及解毒途径,实现了胞内发光CdSe量子点的合成。同时通过细胞对外界环境分泌微粒的机制,实现了微粒在出芽过程中将胞内已合成的量子点进行包裹,从而有效地实现了对微粒的荧光标记,并且能够进一步应用于活体成像研究。