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硅量子點的驚奇發現：為何它們在生物影像中引發革命？
硅量子點（SiQDs）是一種無金屬且生物相容的量子點，其光致發光特性可在可見光和近紅外範圍內調整。這些量子點的獨特特性來自於其間接帶隙，包含長壽命的受激態和大的斯托克斯位移。經由多種方法如不成比例、熱解和溶液法製備硅量子點，儘管有趣的是，有些溶液法的結果卻可能產生碳量子點，而非報告中所提及的硅。同時，硅量子點的獨特性能使其潛在應用範圍廣泛，包括生物影像、發光太陽能濃縮器、發光二極管、感測器，甚至鋰離子電池陰極。
硅量子點的獨特光學性質為許多應用開啟了新的可能性，尤其是在生物成像領域。
歷史背景
硅在電子設備中的廣泛應用是無可非議的。然而，由於其間接帶隙，普通的塊狀硅在光學應用上受到限制。在1990年，Leigh Canham展示了經過電化學與化學溶解處理後的硅晶圓能夠發光，這一發現使得多種硅納米結構的研究開啟，包括硅奈米顆粒（量子點）、硅奈米線等。1990年代初期，首例氧化硅量子點的報導揭示出這類材料在光學方面的潛力，因此許多研究者開始探索和開發硅量子點的合成方法。隨著這些材料合成的可靠性提高，表面鈍化的技術也成為關鍵，旨在使這些材料能夠溶液處理，並最小化氧化影響。
從早期的研究到如今的商業化，硅量子點的光學性質吸引了廣泛的追隨者與研究者。
硅量子點的特性
硅量子點的光致發光特性可依照顆粒大小而調整，顯示出與傳統量子點相似的現象。通過改變顆粒直徑，大致可調範圍自600 nm的黃色光至1000至1100 nm的近紅外光。硅量子點的發光特性主要由兩個不同的發光帶主導，其中S帶通常與大小依賴性光致發光有關，而F帶則通常被認為與短暫、大小無關的藍光致發光相關。這些特性使硅量子點在實現時間探測生物成像方面顯得尤為重要，因為其長壽命的激發態和生物相容性為醫療成像提供了全新的視角。
長壽命激發態的特性，使得硅量子點可以在生物成像方面提供比傳統工具更多的信息。
合成與應用
硅量子點可以透過多種方法合成，確定硅量子點的大小對其光學特性有至關重要的影響。通過控制合成過程中的參數，如反應溫度及等離子體的保留時間，可以調整生成的硅量子點直徑。經合成之後，通常會進行表面鈍化，以使其更為穩定，且這一過程通常受到來自多孔硅及硅晶圓的已有方法啟發。
硅量子點的廣泛應用使其在不同領域中發揮著重要作用，尤其是在生物成像和檢測方面。像生物成像中的時間門檻探測技術，可以優化成像信號，有效增強對比度，並對干擾進行更好的控制。此外，硅量子點在感測器中也顯示出驚人的潛力，能夠檢測多樣的分析物，從而實現更為靈敏的環境與健康監測。
硅量子點的應用正再一次顛覆我們對生物成像技術的認知與發展。
隨著硅量子點的持續研究與開發，我們能珍視到的前景不僅表現在實驗室的突破，更在於它們將如何重新定義未來生物影像及其他領域的應用？
