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硅量子点的惊奇发现：为何它们在生物影像中引发革命？
硅量子点（SiQDs）是一种无金属且生物相容的量子点，其光致发光特性可在可见光和近红外范围内调整。这些量子点的独特特性来自于其间接带隙，包含长寿命的受激态和大的斯托克斯位移。经由多种方法如不成比例、热解和溶液法制备硅量子点，尽管有趣的是，有些溶液法的结果却可能产生碳量子点，而非报告中所提及的硅。同时，硅量子点的独特性能使其潜在应用范围广泛，包括生物影像、发光太阳能浓缩器、发光二极管、感测器，甚至锂离子电池阴极。
硅量子点的独特光学性质为许多应用开启了新的可能性，尤其是在生物成像领域。
历史背景
硅在电子设备中的广泛应用是无可非议的。然而，由于其间接带隙，普通的块状硅在光学应用上受到限制。在1990年，Leigh Canham展示了经过电化学与化学溶解处理后的硅晶圆能够发光，这一发现使得多种硅纳米结构的研究开启，包括硅奈米颗粒（量子点）、硅奈米线等。 1990年代初期，首例氧化硅量子点的报导揭示出这类材料在光学方面的潜力，因此许多研究者开始探索和开发硅量子点的合成方法。随着这些材料合成的可靠性提高，表面钝化的技术也成为关键，旨在使这些材料能够溶液处理，并最小化氧化影响。
从早期的研究到如今的商业化，硅量子点的光学性质吸引了广泛的追随者与研究者。
硅量子点的特性
硅量子点的光致发光特性可依照颗粒大小而调整，显示出与传统量子点相似的现象。通过改变颗粒直径，大致可调范围自600 nm的黄色光至1000至1100 nm的近红外光。硅量子点的发光特性主要由两个不同的发光带主导，其中S带通常与大小依赖性光致发光有关，而F带则通常被认为与短暂、大小无关的蓝光致发光相关。这些特性使硅量子点在实现时间探测生物成像方面显得尤为重要，因为其长寿命的激发态和生物相容性为医疗成像提供了全新的视角。
长寿命激发态的特性，使得硅量子点可以在生物成像方面提供比传统工具更多的信息。
合成与应用
硅量子点可以透过多种方法合成，确定硅量子点的大小对其光学特性有至关重要的影响。通过控制合成过程中的参数，如反应温度及等离子体的保留时间，可以调整生成的硅量子点直径。经合成之后，通常会进行表面钝化，以使其更为稳定，且这一过程通常受到来自多孔硅及硅晶圆的已有方法启发。
硅量子点的广泛应用使其在不同领域中发挥着重要作用，尤其是在生物成像和检测方面。像生物成像中的时间门槛探测技术，可以优化成像信号，有效增强对比度，并对干扰进行更好的控制。此外，硅量子点在感测器中也显示出惊人的潜力，能够检测多样的分析物，从而实现更为灵敏的环境与健康监测。
硅量子点的应用正再一次颠覆我们对生物成像技术的认知与发展。
随着硅量子点的持续研究与开发，我们能珍视到的前景不仅表现在实验室的突破，更在于它们将如何重新定义未来生物影像及其他领域的应用？
