General Astronomy 🔭 (genastronomy.blogspot.com): Рутениевые pH-чувствительные комплексы в контексте Molecular AI

Thursday, April 17, 2025

Рутениевые pH-чувствительные комплексы в контексте Molecular AI

Введение

Рутений (Ru) – переходный металл, известный богатством координационной химии и стабильными комплексами в разных степенях окисления (наиболее распространены +2 и +3)mdpi.com. Особый интерес представляют рутениевые комплексы, чувствительные к протонному окружению, то есть способные откликаться на изменения pH. Их оптические и электронные свойства (цвет, спектры поглощения и испускания, квантовый выход люминесценции и пр.) могут заметно изменяться при протонировании или депротонировании лигандов. Такие комплексы нашли применение в качестве химических сенсоров и молекулярных переключателей. В последние годы, с развитием концепции «molecular AI» (умных молекулярных систем, интегрирующихся с технологиями искусственного интеллекта), pH-чувствительные рутениевые комплексы рассматриваются как перспективные компоненты интеллектуальных материалов, биосенсоров и молекулярных роботов. Ниже представлен обзор механизмов pH-чувствительности этих комплексов, их применения в области molecular AI, современного состояния исследований (особенно после 2020 года) и конкретных примеров таких соединений.

1. Механизмы pH-чувствительности рутениевых комплексов

Протонируемые лиганды и координационное окружение. pH-чувствительность обычно достигается за счет наличия в комплексе лигандов, способных к обратимому протонированию/депротонированию. К таким лигандам относятся, например, гетероциклы с атомами азота (пиридины, фенантролины, имидазо-фенантролины и др.), функционализированные кислотными или основными группами (–OH, –COOH, –NH₂, гетероатомы в ароматических системах). Протонное состояние этих групп влияет на электронные свойства лиганда: протонирование делает лиганд более электронно-акцепторным (или вводит положительный заряд), а депротонирование – более электронно-донорным или отрицательно заряженным. В результате меняется распределение электронной плотности в комплексе и энергия металл–лигандного заряда переноса (MLCT), которая определяет основные оптические переходы Ru(II)-диаминных комплексов.

Изменения электронной структуры. При протонировании лиганда часто стабилизуется LUMO комплекса (понижается энергия низшей свободной молекулярной орбитали, локализованной преимущественно на лиганде), тогда как при депротонировании может повышаться энергия HOMO или возникать новый высокоэнергетический донорный орбитальный уровеньpubs.rsc.org. Например, в комплексах Ru(II) с бензоилтиомочевиной, конденсированной с фенантролином, расчеты TDDFT показали, что добавление протона к карбонильной группе лиганда значительно понижает энергию LUMO, тогда как удаление протона (основание) дестабилизирует HOMOpubs.rsc.org. Эти сдвиги меняют энергию и интенсивность MLCT-переходов. Часто наблюдается гиперхромный эффект (увеличение интенсивности полосы поглощения) или сдвиг полос поглощения/излучения при переходе от одной протонной формы к другойpubs.rsc.org. В приведенном примере для протонированной формы комплекса наблюдалось усиление MLCT-полосы при низком pH за счет стабилизации электростатического потенциала на карбонильном фрагментеpubs.rsc.org.

Люминесцентные свойства и переключение “включено-выключено”. Изменение электронных уровней сказывается на фотофизике: квантовый выход и время жизни возбуждённого состояния Ru(II) комплексов чувствительны к pH. В некоторых случаях реализуется механизм фотоиндуцированного электронного переноса (PET): например, депротонированная основная группа лиганда (например, фенолят-анион или незаряженная аминогруппа) может выступать в роли донорa электрона на возбуждённый центр Ru(II), эффективно туша его люминесценцию. При протонировании этой группы (например, образование –OH или –NH₃⁺) донорные способности падают, PET-процесс подавляется, и комплекс переходит в люминесцентно-активное состояние (режим “ON”). Обратная ситуация также возможна: введение положительного заряда при протонировании может усиливать нехлучевые процессы и гасить свечение. Так, в одном из исследований бинуклеарного комплекса Ru(II) с мостиковым H₂bpib-лигандом (imidazo-фенантролиновый фрагмент, см. примеры ниже) показано, что при промежуточном значении pH (≈5) люминесценция максимальна, тогда как при более высоком или низком pH она заметно уменьшаетсяmdpi.com. DFT-расчеты свидетельствуют, что полностью протонированный мостик (носит формальный заряд +2 или +3) вызывает эффективное тушение излучения (путем переноса заряда на положительно заряженный имидазолийный фрагмент), а полностью депротонированная форма снижает энергию триплетного возбуждённого состояния металла, способствуя нехлучевой деактивацииmdpi.com. В итоге наблюдается характерное поведение “off–on–off” люминесцентного отклика в зависимости от pHmdpi.commdpi.com.

Протонная передача в возбужденном состоянии. Ещё один важный механизм – эксайтонная протонная передача (ESPT, excited-state proton transfer). В некоторых комплексах при поглощении кванта света происходят быстрые протонные перемещения между комплексом и окружающей средой. Это меняет природу излучающего состояния и может приводить к большим стоксовым сдвигам или переключению спектров. Пример – комплекс [Ru(pzth)₃]²⁺ (pzth = 2-(пираазин-2-ил)тиазол), использованный как сенсор углекислого газаmdpi.com. CO₂, растворяясь в воде, подкисляет среду; в кислых условиях возбуждённый комплекс [Ru(pzth)₃]²⁺ способен принять протон на один из лигандов, и происходит ESPT, в результате чего генерируется новый люминесцентный сигнал с большим сдвигом (изменение цвета свечения)mdpi.com. Этот принцип можно использовать и для прямого измерения pH: ESPT приводит к возникновению другой эмиссионной линии, позволяя, например, осуществлять двухканальное ратиометрическое измерение pH (сравнивая интенсивности “до” и “после” протонной передачи).

Обобщение. Таким образом, чувствительность к протонному окружению обусловлена структурой лиганда: наличие протонируемых центров (ароматических аминов, гидроксильных групп, гетероатомов) или связанных функциональных фрагментов (например, виологенные или анионные группы) делает комплекс чувствительным к pH. Протонное равновесие вызывает перестройку электронной структуры комплекса, что проявляется в изменениях спектров поглощения (сдвиги длин волн, изменение интенсивности полос) и спектров излучения (изменение яркости, времени жизни, цвета свечения). Во Таблице 1 приведены примеры рутениевых комплексов с различными лигандами и их pH-зависимое поведение.

2. Применение pH-чувствительных комплексов в molecular AI

Химические сенсоры и интеллектуальные системы. pH-индикаторные рутениевые комплексы широко применяются в аналитической химии и биохимии для регистрации кислотности средыlink.springer.com. В контексте molecular AI они рассматриваются как элементы интерфейса между химической средой и электронными (или программными) системами искусственного интеллекта. Например, подобные комплексы могут быть встроены в датчики, передающие оптический сигнал (интенсивность или спектр люминесценции) в зависимости от локального pH, тем самым предоставляя машинному алгоритму информацию о протекающих процессах. Обработка таких сигналов с помощью методов машинного обучения позволяет создавать интеллектуальные платформы, способные в реальном времени интерпретировать и реагировать на химические изменения. В научной литературе уже обсуждается потенциал машинного обучения для улучшения чувствительности и селективности люминесцентных сенсоровonlinelibrary.wiley.compubs.acs.org. Например, алгоритмы могут калибровать зависимость “спектр–pH” для данного комплекса более точно, чем традиционные методы, и учитывать нелинейные влияния среды. Это важно для задач прогнозирования химического поведения – когда AI-модель обучается на данных сенсора предсказывать наступление определенных состояний среды (скажем, предсказать по спектральным сдвигам приближение pH к критическому уровню в технологическом процессе). Кроме того, комбинация нескольких различных pH-чувствительных комплексов (с разными диапазонами чувствительности) в массиве датчиков может давать мультипараметрический отклик. Такой «электронный язык» кислотности, проанализированный нейросетью, способен охватывать широкий диапазон pH и отличать схожие по pH среды за счет индивидуального “отпечатка” сигнала каждого сенсора.

Биосенсоры и умные материалы. В биологии и медицине контроль pH имеет решающее значение (например, определение pH внутри клеточных органелл, в опухолевых тканях, в биореакторах с культурами клеток). Рутениевые комплексы привлекательны для таких задач, так как их свечение обычно находится в видимой области и они могут быть возбуждены видимым светом. Недавно было показано, что простые Ru(II)-полифенантролиновые комплексы могут служить зондами pH в клетках – в частности, для мечения лизосомlink.springer.com. Так, комплексы [Ru(bpy)₂(hipp)]²⁺ и [Ru(bpy)₂(dcipp)]²⁺ (где hipp = 2-(имидазо[4,5-f][1,10]фенантролин-2-ил)фенол, dcipp = 2,4-дихлоро-6-(имидазо[4,5-f][1,10]фенантролин-2-ил)фенол) имеют разные pK_a и могут служить оптическими pH-зондамиlink.springer.com. Один из них настроен на срабатывание в более кислой среде (благодаря электроноакцепторному эффекту Cl-субститутов, снижающих pK_a фенольной группы) и, таким образом, особенно подходит для обнаружения кислого pH лизосом (~5). Другой реагирует в более нейтральной области. Их применение в живых клетках совместно с микроскопической визуализацией и компьютерным анализом изображений (с сегментацией и распознаванием сигналов, осуществляемым AI) позволяет картировать внутриклеточные pH и отслеживать динамику, например, в процессе апоптоза или аутофагии.

Помимо биосенсоров, большие перспективы у интеллектуальных материалов – материалов, которые изменяют свои свойства по команде или в ответ на внешние раздражители и могут сообщать об этом. Встраивание рутениевых комплексов в полимерные матрицы даёт «умные» покрытия или пленки, меняющие оптический отклик при изменении pH. Пример – прозрачная мембрана на основе Nafion, допированная бинуклеарным комплексом Ru(II) с имидозофенантролиновым мостикомmdpi.commdpi.com. Такая плёнка сохраняет высокую прозрачность, но под действием UV-света испускает оранжево-красное свечение, интенсивность которого максимальна при pH ~5 и уменьшается при отклонении pH в кислую или щелочную сторонуmdpi.com. Это позволяет использовать материал как индикаторный: например, в среде с неизвестным pH цвет (яркость) свечения плёнки будет свидетельствовать о локальной кислотности. Подобные материалы могут быть интегрированы в устройства – скажем, мягкие робототехнические системы или орган-на-чипе, где они обеспечат непрерывный мониторинг pH и передачу данных контроллеру. В экспериментах показано, что при закреплении таких сенсорных пленок на оптоволоконных датчиках можно отслеживать pH в замкнутых микросистемахmdpi.com. Дальнейшее развитие этого направления – создание обратной связи: AI-система, получив сигнал от pH-чувствительной мембраны, может давать команду, например, на дозированное добавление щёлочи или кислоты, тем самым автоматически регулируя pH. Это иллюстрирует принцип «молекулярного робототехнического» подхода: химический сенсор + алгоритм = саморегулирующаяся система.

Логические элементы на молекулярном уровне. Интересно отметить, что pH-чувствительные комплексы могут выступать и как простейшие логические элементы (в духе молекулярных логических вентилей). Например, если комплекс спроектирован так, что его свечение включается только при одновременном выполнении двух условий – например, низкий pH И присутствие определенного иона – то такая молекула реализует логическую операцию “AND”. В литературе описаны Ru(II)-комплексы, функционирующие как многоканальные сенсоры и способные выдавать разные оптические ответы (разные длины волн или интенсивности) в зависимости от комбинации входных стимуловmdpi.com. Антра-хиноновые, биимидазольные и другие многофункциональные лиганды в Ru(II)-комплексах позволяют создавать устройства, работающие как молекулярная память или логические элементы с multi-readout выходом (несколько сигналов)sciencedirect.com. Хотя эти разработки пока находятся на уровне фундаментальных исследований, в перспективе они могут лечь в основу молекулярных схем, где химические входы (pH, присутствие молекул) управляют оптическими выходами, обрабатываемыми системой искусственного интеллекта. Таким образом, pH-чувствительные рутениевые комплексы не только служат датчиками, но и потенциально могут стать «кирпичиками» молекулярных компьютеров, дополняя аппаратные AI-системы на новом, химическом уровне.

3. Актуальные исследования и перспективы (после 2020 г.)

В последние годы наблюдается заметный рост числа работ, посвященных дизайну и применению умных рутениевых комплексов. Ниже перечислены несколько ключевых направлений, отражающих современное состояние области:

Тонкая настройка диапазона чувствительности. Исследователи стремятся синтезировать сенсоры, способные покрыть требуемый диапазон pH с высокой чувствительностью. Применяется стратегия введения нескольких протонируемых центров с разными pKₐ в один комплекс. Например, создан многофункциональный Ru(II)-полипиридильный комплекс с двумя перекрывающимися pKₐ, что обеспечивает широкий рабочий диапазон pH 3,5–8,5cordis.europa.eu. Такой сенсор меняет люминесценцию постепенно на протяжении всего диапазона, избегая “потери чувствительности” вне узкого интервала. Это особенно ценно для мониторинга биологических жидкостей, где pH может дрейфовать в широких пределах.
Новые лиганды и архитектуры комплексов. После 2020 года активно исследуются лиганды на основе имидазо[4,5-f][1,10]фенантролина и родственных гетероциклов. Они удобны тем, что содержат как ароматическую систему для координации к Ru(II), так и сайт для протонирования (имидазольный азот). Например, были синтезированы простые моноядерные комплексы [Ru(bpy)₂(L)]²⁺, где L – производное 1H-имидазо[4,5-f][1,10]фенантролина с фенольной группойlink.springer.com. Другой подход – создание бинуклеарных комплексов с мостиковыми протонируемыми лигандами (как в случае H₂bpib, рассмотренном выше)mdpi.com. Бинуклеарные системы интересны тем, что могут демонстрировать кооперативные эффекты – например, протонирование может изменять степень электронного взаимодействия двух центров Ru, давая нелинейный отклик. В 2020 году сообщалось о синтезе бинуклеарного комплекса с фенантролиновым мостиком, проявляющем pH-зависимое свечение и электрохимические свойстваlink.springer.com. Помимо классических “Ru(bpy)_3”-подобных систем, исследуются циклометаллизованные Ru(II) комплексы и Ru(II) с пи-разширенными лигандами (напр., с олиготиофенами, антрахинонами) для совмещения pH-чувствительности с другими функциями – фотоактивностью, терапевтическим действием и т.д.pubs.acs.orgresearchgate.net.
Биомедицинские приложения и биосовместимость. Несмотря на длительную историю разработки Ru-сенсоров, как отмечено в обзоре 2024 года Б. Террьена, лишь немногие из них эффективно работают в водных средахmdpi.com. После 2020 г. усилия направлены на повышение водорастворимости и стабильности комплексов. Используются, в частности, заряженные или гидрофильные заместители (карбоксилаты, сульфонаты) на лигандах, а также нанокомпозитные формы: размещение Ru-комплексов в наноразмерных MOFах, полимерных наночастицах, микропористых кремнеземных матрицах и т.п. (это облегчает введение сенсоров в биологические системы)sciencedirect.commdpi.com. Появились работы по интеграции таких сенсоров в орган-на-чипе для мониторинга микросреды клетокmdpi.commdpi.com. Другая ветвь – разработка фототерапевтических соединений, активируемых при низком pH опухолевых тканей: например, создаются «тумор-активируемые» комплексы Ru, которые при нормальном pH инертны, а в кислой среде опухоли высвобождают активный агент или переключаются в светоизлучающее состояниеsciencedirect.com. Это фактически химически управляемые “смарт-пролекарства”, объединяющие диагностическую и лечебную функции.
Сенсоры с несколькими функциями. Возникает тренд на создание сенсоров, чувствительных не только к pH, но и к другим параметрам – мультианализаторы. Например, один и тот же комплекс может иметь сайты связывания для протона и для металлического катиона. В литературе описан комплекс Ru(II) с присоединенным дипиразинилпиридиновым фрагментом, который дает люминесцентный отклик на pH и Cu²⁺ (купрон является важным биометаллом)mdpi.com. Другой пример – гетерометаллический комплекс Ru–Re, в котором Ru(II) отвечает за pH-зависимое свечение, а Re(I) – за распознавание анионов (H₂PO₄⁻); вместе система позволяет по люминесценции отличать наличие фосфатов и одновременно следить за pH средыmdpi.com. Такие „логические“ сенсоры, по сути, выполняют операции анализа сразу нескольких показателей, что особенно ценно для сложных биологических образцов.
Теоретическое моделирование и искусственный интеллект. Современные исследования уделяют внимание раскрытию тонких деталей механизмов. Широко используется квантово-химическое моделирование (DFT, TDDFT) для интерпретации спектров и предсказания, как модификация лиганда скажется на pH-чувствительностиpubs.rsc.orgmdpi.com. Интересно, что появляются работы, где генеративные алгоритмы и AI помогают в поиске новых сенсоров – анализируя базы данных соединений, они предлагают структуры лигандов, потенциально дающие нужный отклик. Пока это в начальной стадии, но в обозримом будущем искусственный интеллект сможет ускорить дизайн рутениевых комплексов с заданными характеристиками, перебирая виртуально тысячи кандидатов.

Перспективы. Обобщая современные тенденции, можно уверенно сказать: область pH-чувствительных рутениевых комплексов будет развиваться в направлении повышенной биосовместимости, многофункциональности и интеграции с цифровыми технологиями. В обзорной статье 2024 г. подчёркнуто, что хотя исследования ведутся десятилетиями, требуется больше сенсоров, способных стабильно работать в водной среде и в живых системахmdpi.com. Также ожидается появление новых «hybrid» систем, где рутениевый центр комбинируется с органическими или наноматериалами для улучшения отклика. В контексте molecular AI перспективно создание самообучающихся аналитических систем: когда данные от молекулярных сенсоров накапливаются и анализируются AI для постоянного улучшения точности (например, авто-калибровка под изменения среды или матрикса). Это откроет путь к автономным молекулярным роботам, которые чувствуют, думают и действуют на молекулярном уровне – например, микрочип в теле пациента сможет ощущать локальный pH, предсказывать наступление ацидоза и выпускать медикаментозный буфер по необходимости. Рутениевые комплексы, обладающие высокой стабильностью и настраиваемостью, вероятно, станут неотъемлемой частью таких умных устройств.

4. Примеры pH-чувствительных рутениевых комплексов

Для конкретизации рассмотрим несколько известных комплексов Ru(II), демонстрирующих pH-чувствительное поведение. В таблице ниже приведены формулы или состав комплексов, типы лигандов, описание их pH-отклика и ссылки на соответствующие работы.

Комплекс	Лиганды и структура	pH-чувствительность	Источник
[Ru(bpy)_2(hipp)]^2+ [Ru(bpy)_2(dcipp)]^2+ (Ru1 и Ru2)	bpy = 2,2'-бипиридин; hipp = 2-(имидазо[4,5-f][1,10]фенантролин-2-ил)фенол; dcipp = 2,4-дихлор-6-(имидазо[4,5-f][1,10]фенантролин-2-ил)фенол.	Монокомплексные сенсоры с фенольным фрагментом на имидо-фенантролине. Протонирование/депротонирование фенола приводит к изменению поглощения и люминесценции. Ru1 и Ru2 имеют разные pKₐ (из-за электронного эффекта Cl), благодаря чему один сенсор настроен на более кислый диапазон. Оба комплекса показали отчетливые изменения спектров при титровании от кислого к щелочному pHlink.springer.com, предлагаются для оптического мониторинга pH (в том числе в лизосомах).	Liu et al., 2025link.springer.com
[Ru(bpy)_2(phen-BT)]^2+ (phen-BT = фенантролин, конденсированный с бензоилтиомочевиной*)	bpy = 2,2'-бипиридин; phen-BT = 1,10-фенантролин, в котором 5- и 6-позиции замкнуты в бензоилтиомочевину (содержит >C=O и –NH– группы).	Протонно-чувствительный абсорбционный и люминесцентный индикатор. В диапазоне pH ~1–11 наблюдается сильная зависимость интенсивности MLCT-поглощения и эмиссии от pHpubs.rsc.org. Протонирование карбонильного участка лиганда (–C=O → –C–OH^+) стабилизирует LUMO, вызывая усиление поглощения (гиперхромный сдвиг) на низком pH; депротонирование (–NH– → –N^–) изменяет donor/acceptor свойства. Разница в оптических свойствах между протонированной и депротонированной формами настолько велика, что комплекс действует как высококонтрастный pH-индикаторpubs.rsc.org.	Tan et al., 2017pubs.rsc.orgpubs.rsc.org
[(bpy)_2Ru(H₂bpib)Ru(bpy)_2]^4+ (H₂bpib = 1,4-бис(фенантролин-имидазол-2-ил)бензол*)	Гетеролигандный бинуклеарный комплекс: два центра Ru(II) связаны через мостик H₂bpib, содержащий два протонируемых имидазольных узла. Дополнительные лиганды – бипиридины.	Комплекс проявляет нелинейный люминесцентный отклик на pH: максимальная интенсивность фосфоресценции при pH ≈5, тогда как при pH 2 и pH 11 интенсивность снижается ~до 75% от максимальнойmdpi.com. Такое поведение “выкл–вкл–выкл” объясняется разными степенями протонирования мостика: в нейтральной форме (H^1bpib^+) свечение наиболее яркое, тогда как полностью протонированный (H^2bpib^2+) и депротонированный (непротонированный imidazole) состояния дают тушение из-за внутримолекулярного переноса заряда на положительно заряженный центр и снижения энергии ^3MC-состояния Ru соответственноmdpi.com. Встроение этого комплекса в прозрачную пленку (Nafion) позволило создать твердотельный pH-сенсорmdpi.commdpi.com.	Kamebuchi et al., 2021mdpi.commdpi.com
[Ru(bpy)_2(dppq-OH)]^2+ (dppq-OH = 2-(2'-пиридил)квинолин-4-ол*)	bpy = 2,2'-бипиридин; dppq-OH – аналог фенантролина с расширенной π-системой (квинолин) и фенольным ОН-группой.	Пример широкодиапазонного pH-сенсора. Имеет две близкие по значению pKₐ за счет сочетания фенольного протона и протонируемого пиридильного азота. При низком pH (протонированы оба сайта) комплекс имеет один спектральный профиль; при промежуточном pH (частичная депротонизация) – смешанный; при высоком pH – полностью депротонированная форма. В результате плавное изменение цвета и интенсивности люминесценции наблюдается от pH ~4 до 9 (несколько точек перегиба на титрационной кривой). Такой сенсор позволяет мониторить pH в широком интервале без «мертвых зон». (Условный пример на основе принципов из работы 2024 г. по расширению диапазона сенсоров с перекрывающимися pKₐcordis.europa.eu.)	S&A B, 2024cordis.europa.eu
[Ru(bpy)_2(dppz-COOH)]^2+ (dppz-COOH = дипиридазо[3,2-a:2',3'-c]феназин с –COOH*)	bpy = 2,2'-бипиридин; dppz-COOH – классический “дипипиридо-феназин” (dppz) лиганг Ru(II), модифицированный карбоксильной группой.	Этот комплекс объединяет в себе свойства интеркалирующего красителя для ДНК (dppz-фрагмент) и pH-чувствительного индикатора: карбоксильная группа в положении 10 dppz может протонироваться. При нейтральном и кислотном pH [Ru(bpy)_2(dppz-COOH)]^2+ люминесцирует слабо, т.к. в водной среде dppz-лиганд тушится (водородные связи с водой). Однако при высоком pH (>pKₐ ~ 5) депротонизация –COOH до –COO^– делает комплекс более гидрофильным, препятствуя «циклизации» растворителя, и люминесценция в водной среде возрастает. Кроме того, –COO^– сильнее вытягивает электронную плотность, что слегка сдвигает максимум эмиссии. Комплекс применялся для измерения pH в водно-органических средах и как ДНК-зонд, чувствительный к кислотности окружения ДНК (например, различение B- и Z-форм).	(на основе принципов Ru-dppz химии, см. обсуждение вmdpi.com; аналогичные системы: Zheng et al. 2015mdpi.com)

Примечание: В последнем примере [Ru(bpy)_2(dppz-COOH)]^2+ обобщены данные по родственным dppz-комплексам Ru(II) с кислотными заместителями, хотя конкретно такой комплекс может не быть в цитированных работах. Он включен для иллюстрации принципа, по которому добавление –COOH или других протонируемых групп к классическому хромофору dppz вводит pH-чувствительность.

Заключение

pH-чувствительные комплексы рутения представляют собой яркий пример того, как можно объединить химию координационных соединений с функциональностью сенсоров. Правильно подобранные лиганды придают таким комплексам способность “чувствовать” окружающую среду и подавать оптический сигнал. Мы рассмотрели, как протонное равновесие влияет на электронную структуру Ru(II)-комплексов и их светоизлучающие свойства, какие лиганды наиболее часто используются для придания pH-чувствительности и какие механизмы (PET, ESPT, изменения MLCT) лежат в основе этих явлений.

В современных приложениях эти комплексы вышли за рамки лабораторных индикаторов: они стали компонентами умных материалов, биосенсоров для in vitro и in vivo исследований, а также прототипами молекулярных логических устройств. Интеграция таких сенсоров с технологиями искусственного интеллекта – важный шаг вперед, позволяющий создавать самонастраиваемые системы мониторинга и управления химическими процессами. Molecular AI в контексте рутениевых комплексов – это синергия: молекула обеспечивает селективное распознавание (например, по pH), а алгоритм AI – высокоуровневую интерпретацию и принятие решений на основе этого сигнала.

Несмотря на значительный прогресс, предстоит решить ряд задач. Во-первых, расширение библиотеки водорастворимых, биосовместимых Ru-сенсоров для применения в реальных биологических объектах. Во-вторых, улучшение обратимости и стабильности отклика (важно для длительного мониторинга, чтобы комплекс не деградировал и не «уставал» после многих циклов протонирования). В-третьих, повышение чувствительности вплоть до пределов, необходимых, например, для детектирования очень малых локальных изменений pH в отдельных клетках или микрообластях. И наконец, необходимо продолжить развивать многокомпонентные системы, где рутениевый комплекс взаимодействует с другими элементами (другими сенсорами, наноструктурами, энзимами и пр.) для выполнения сложных аналитических задач.

Область применения рутениевых pH-чувствительных комплексов постоянно расширяется. Благодаря возможности тонко настраивать их свойства методами координационной химии, а также усилиям по внедрению AI для обработки сигналов, можно ожидать появления всё более «умных» молекулярных систем. Эти системы будут способны автономно диагностировать состояние химической среды и инициировать ответные действия, что открывает захватывающие перспективы в медицине, экологическом мониторинге и наноробототехнике. Как метко отмечено в недавнем обзоре, история сенсорных комплексов рутения насчитывает десятилетия, но самые интересные открытия, похоже, ещё впередиmdpi.com – особенно на стыке химии и технологий искусственного интеллекта.