矽基生物
矽基生物是一項總稱，指的是在科幻等作品中經常出現的以矽為組成的生物。它們也被稱為矽基生命。
概要
地球上的生命主要以碳為基礎組成。這是因為碳具有4個價電子，可以形成多種結合。在科幻世界中，由於炭素和同族元素具有4個價電子，有人認為可能存在類似生命的物質，因此矽也引起了關注。實際上，地球上的大部分矽存在於二氧化矽的礦物中，但也人造地製造出一些有機高分子，如矽橡膠。相對於矽基生物，以碳為基礎的地球生物被稱為「碳基生物」。
以生化學家兼科幻作家艾薩克·阿西莫夫所創作的短篇小說《The Talking Stone》（發表於1955年10月的《F&SF》雜誌，後收錄於《阿西莫夫的神秘世界》中）中的「矽甲蟲」（Siliconny）是著名的例子。它呈橢圓形，底部有6條輻射狀的腿，緩慢地移動。
曾有人想像到「以矽為中心的身體可能會變得像岩石一樣」、「由於原子質量相當大，反應速度也會明顯減慢，可能連人類都難以察覺它正在進行生命活動」、「因此更有可能在高溫的行星上生活」等。
不同於碳-碳鍵，常溫常壓下，矽-矽鍵不太會形成雙重或三重鍵，而是通過π鍵或σ鍵形成的雙鍵或三鍵，這使得矽-矽鍵非常不穩定。因此，以矽為中心的化合物主要是有機矽烷，相當於有機碳化合物的烷烴。在至少類似地球的環境中，很難想像存在矽基生物（參見有機矽化合物）。即使考慮到不同的環境，以矽為中心的化合物種類也比碳少得多。卡爾·薩根認為，即使存在地外生命，它也應該是碳基生物，而以矽為基礎的生物則不太可能存在。
實際上，現實世界中也存在含有大量矽的生物，但它們通常以二氧化矽的形式存在，如玻璃質的骨骼、殼或內部結晶，並且不一定具有生物活性。我們已經知道有矽藻、放射蟲、海綿動物等生物形成的骨骼，以及稻科植物細胞內累積的植物蛋白等。
矽生物化學
矽原子一直被廣泛討論作為一種替代生物化學系統的基礎，因為矽具有許多與碳相似的化學性質，並且位於週期表中的同一族，即碳族。像碳一樣，矽可以創建足夠大的分子來攜帶生物信息。
然而，矽作為碳的替代品有幾個缺點。矽與碳不同，缺乏與各種類型的原子形成化學鍵的能力，這對代謝所需的化學多樣性是必要的，但正是這種明確的無能為力使得矽相對於各種雜質不像碳那樣受到保護。與碳形成有機官能團的元素包括氫、氧、氮、磷、硫和金屬，如鐵、鎂和鋅。另一方面，矽只與極少數其他類型的原子進行交互作用。此外，即使在與其他原子進行交互作用的情況下，矽所創建的分子被描述為“與有機大分子的組合宇宙相比單調”。這是因為矽原子要大得多，具有更大的質量和原子半徑，因此很難形成雙鍵（碳的雙鍵是碳基生物有機化學的基本特徵之一，其中雙鍵的碳是羰基基團的一部分）。
矽烷是氫和矽的化學化合物，類似於烷烴烴類，與水高度反應活躍，而長鏈矽烷會自發性地分解。分子中含有交替排列的矽和氧原子聚合物，而不是直接鍵結矽的化合物，總稱矽氧烷，這些化合物更加穩定。有人提出，在富含硫酸的環境中，矽基化學物質可能比等效的碳氫化合物更穩定，這種環境在一些外星環境中存在。
截至1998年，已在星際介質中識別出多種分子，其中有84種基於碳，而只有8種基於矽。此外，這8種化合物中有4種也包含碳。碳相對於矽的宇宙豐度大約是10:1。這可能暗示宇宙中存在更多多樣的複雜碳化合物，為基於矽的生物提供了較少的基礎，至少在行星表面普遍存在的條件下。此外，即使地球和其他陸地行星的矽含量豐富而碳含量較少（地殼中矽相對於碳的相對豐度大約為925:1），地球上的生命是以碳為基礎的。碳被使用而不是矽可能是證據表明矽在類似地球的行星上的生物化學中適應性較差。造成這種情況的原因可能是矽在形成化合物方面不如碳靈活，矽形成的化合物不穩定，並且阻礙熱的傳導。
即便如此，一些地球上的生命也使用了生物矽，例如矽藻的矽骨架結構。根據A. G. 凱恩斯-史密斯（A. G. Cairns-Smith）的黏土假說，水中的矽酸鹽礦物在原生生物起源中起著關鍵作用：它們複製了他們的晶體結構，與碳化合物相互作用，並且是碳基生命的前體。
雖然在自然界中尚未觀察到，但通過使用定向進化（人工選擇）在生物化學中引入了碳-矽鍵。使用定向進化對來自Rhodothermus marinus的含有血紅素的細胞色素c蛋白進行了工程改造，以催化水硅烷和重氮化合物之間的新碳-矽鍵的形成。
矽化合物在溫度或壓力與陸地行星表面不同的條件下可能具有生物學上的用途，可以與碳共同作用，或者在角色上與碳的類比不直接。多矽醇，即對應於糖的矽化合物，在液氮中可溶，這表明它們可能在非常低溫的生物化學中發揮作用。
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