Isotoper er variationer af kemiske grundstoffer, der indeholder forskellige antal neutroner. Fordi isotoper er genkendelige, giver de en effektiv måde at spore biologiske processer under eksperimentering. Der er mange potentielle anvendelser af isotoper i eksperimenter, men flere anvendelser er mere udbredte.
Isotoper differentieret
Hvert kemisk element har et unikt antal protoner, en kendsgerning, der gav anledning til det periodiske system. Tilsvarende har en isotop af ethvert givet element sit eget unikke antal neutroner; betegnelsen af en isotop bestemmes af summen af protoner og neutroner i kernen (kaldet massetallet). Et element kan have et vilkårligt antal isotoper. For eksempel har carbon-12 og carbon-13 begge seks protoner, men sidstnævnte indeholder en yderligere neutron. Fordi antallet af neutroner i et atoms kerne har en ubetydelig effekt på kemiske egenskaber, isotoper give et effektivt middel til at studere forskellige biologiske processer uden i væsentlig grad at påvirke deres naturlige Rute.
Anvendelse: Fødevaresikkerhed
Biogene stoffer (dem, der produceres ved naturligt forekommende livsprocesser) kan have betydelige variationer af kul-, nitrogen- og ilt-isotoper, hvilket gør dem til et lettere mål for analyse. Fødevaresikkerhedsapplikationer gør det muligt at spore oprindelseslandet for visse fødevareprodukter, som oksekød, ved hjælp af kulstof- og nitrogenisotoper. Agenturer og producenter er også i stand til at bestemme metoden til fodring af husdyr - organisk eller konventionel - ved at analysere kul-, nitrogen- og svovlisotoper. Ved at studere kulstof- og iltisotopdata er det muligt at bestemme, hvor i Middelhavet forskellige olivenolier kommer fra, og hvor "naturlige" frugtsaftprodukter er.
Anvendelse: Isotop mærkning
Usædvanlige isotoper kan bruges som markører i kemiske reaktioner. Dette kan være nyttigt, især inden for cellebiologi, hvor forskningslaboratorier som Johns Hopkins Universitets Pandey Lab finder nye måder at undersøge kræft og andre livstruende på betingelser. For eksempel er stabil isotopmærkning med aminosyrer (SILAC) i cellekultur en proces, hvorved søstercellepopulationer differentieres in vitro under anvendelse af forskellige former for aminosyrer. Aminosyrerne inkorporeres i proteinerne, der undersøges, og fordi de opfører sig identisk med hinanden på trods af deres forskellig nuklear sammensætning, kan nysyntetiserede proteiner undersøges nærmere sammen med deres kontrollerede (naturligt forekommende) modparter.
Ansøgning: Radioaktiv dating
Radioaktive isotoper bruges ofte til at måle alderen på materialer, der indeholder kulstof. En populær radioaktiv dateringsmetode kaldes kulstofdatering - dateringen af organiske materialer. Fordi en radioisotops levetid ikke påvirkes af nogen indflydelse uden for kernen, fungerer dens forudsigelige forfaldshastighed som et ur. At studere radioisotoper i omgivelser med dyrefossiler giver for eksempel en måde at estimere alderen på disse fossiler på.