高分辨超灵敏智能拉曼成像仪（High-Resolution Ultrasensitive Intelligent Raman Imaging System, HRUI-RIS）是一款集尖端光学技术、人工智能算法与超灵敏探测于一体的分子成像设备。该设备通过拉曼光谱的非侵入式检测，实现微米至纳米级分辨率的化学组分空间分布可视化，广泛应用于材料科学、生物医学、纳米技术、环境监测等领域，为单分子检测、细胞代谢分析、新型材料表征等前沿研究提供强大工具。

一、工作原理

拉曼散射：

激光激发样品，通过分子振动产生的拉曼光谱（特征指纹）解析化学成分。

超分辨成像：

TERS/SRS技术：突破光学衍射极限（分辨率达10 nm）。

共聚焦系统：针孔滤波提升信噪比，横向分辨率<300 nm。

信号增强：

SERS基底：表面增强效应使检测限达单分子级别。

深度制冷探测器：-100°C sCMOS相机捕获微弱信号。

智能解析：

AI算法实时去噪、解卷积光谱，GPU加速生成化学成像图（毫秒级）。

二、核心优势

纳米分辨：

TERS/SRS技术突破光学极限（10 nm）。

单分子检测：

SERS基底支持，灵敏度达10⁻¹² mol/L。

毫秒成像：

AI+GPU实时处理，动态追踪化学变化。

多模态融合：

联用AFM、荧光显微镜，3D化学成像。

三、应用领域

材料科学

纳米材料表征：

分析石墨烯、碳纳米管、量子点的缺陷分布与化学键合状态。

电池与能源材料：

原位监测锂离子电池电极材料的充放电反应、固态电解质界面演化。

高分子与复合材料：

可视化聚合物共混界面、纳米填料分散性及应力分布。

生物医学

细胞生物学：

追踪活细胞内代谢物（如葡萄糖、ATP）动态分布，无需荧光标记

病理诊断：

快速区分肿瘤组织与正常组织的化学成分差异（如脂质/蛋白质比例）。

药物研发：

实时观测药物在细胞内的释放路径与代谢过程，评估靶向效率。

纳米技术与催化

单粒子催化：

解析金/铂纳米颗粒表面活性位点与反应中间体的空间分布。

二维材料界面：

研究过渡金属硫化物（如MoS₂）边缘催化活性与缺陷关联性。

等离子体效应：

可视化纳米结构局域电磁场增强区域，优化光学器件设计。

环境与能源

微塑料检测：

快速鉴别环境样品中微塑料类型（如PE、PP、PS）及老化程度。

光催化材料：

定位TiO₂、g-C₃N₄等材料表面活性位点，揭示光生电荷转移机制。

燃料电池：

动态成像质子交换膜内水分子传输与催化剂降解过程。

半导体与电子器件

芯片缺陷检测：

非破坏性识别晶圆表面污染物（如有机残留、金属颗粒）。

钙钛矿太阳能电池：

分析材料晶界处的离子迁移与相分离现象。

柔性电子器件：

表征电极材料弯曲应力下的成分变化与失效机制。

公共安全与刑侦

痕量物证分析：

检测指纹残留的化学成分（如毒品、爆炸物），灵敏度达皮克级。

艺术品鉴定：

非侵入式分析古画颜料、陶瓷釉料成分，鉴别赝品与修复痕迹。