Izotopy sú variácie chemických prvkov, ktoré obsahujú rôzny počet neutrónov. Pretože izotopy sú rozpoznateľné, poskytujú efektívny spôsob sledovania biologických procesov počas experimentovania. Existuje mnoho možných použití izotopov pri experimentovaní, ale prevláda niekoľko aplikácií.
Diferencované izotopy
Každý chemický prvok má jedinečný počet protónov, čo viedlo k vzniku periodickej tabuľky. Podobne má izotop ľubovoľného daného prvku svoj vlastný jedinečný počet neutrónov; označenie izotopu je určené súčtom protónov a neutrónov v jadre (označuje sa ako hmotnostné číslo). Element môže mať akýkoľvek počet izotopov. Napríklad uhlík-12 aj uhlík-13 majú šesť protónov, ale druhý obsahuje jeden ďalší neutrón. Pretože počet neutrónov v jadre atómu má zanedbateľný vplyv na chemické vlastnosti, izotopy poskytujú účinné prostriedky na štúdium rôznych biologických procesov bez toho, aby významne ovplyvňovali ich prirodzené procesy samozrejme.
Aplikácia: bezpečnosť potravín
Biogénne látky (tie, ktoré sú produkované prirodzene sa vyskytujúcimi životnými procesmi) môžu mať významné variácie izotopov uhlíka, dusíka a kyslíka, čo z nich robí ľahší cieľ pre analýzu. Aplikácie na zaistenie bezpečnosti potravín umožňujú sledovať krajinu pôvodu určitých potravinárskych výrobkov, ako je hovädzie mäso, pomocou izotopov uhlíka a dusíka. Agentúry a výrobcovia sú tiež schopní určiť spôsob kŕmenia hospodárskych zvierat - organický alebo konvenčný - analýzou izotopov uhlíka, dusíka a síry. Štúdiom údajov o izotopoch uhlíka a kyslíka je možné určiť, odkiaľ v Stredomorí pochádzajú rôzne olivové oleje a aké sú „prírodné“ výrobky z ovocných štiav.
Aplikácia: Izotopové označenie
Ako markery pri chemických reakciách sa môžu použiť neobvyklé izotopy. To môže byť užitočné, najmä v oblasti bunkovej biológie, kde sú výskumné laboratóriá ako Johns Laboratórium Pandey na Hopkinsovej univerzite nachádza nové spôsoby štúdia rakoviny a ďalších život ohrozujúcich látok podmienky. Napríklad stabilné značenie izotopov aminokyselinami (SILAC) v bunkovej kultúre je proces, pri ktorom sa populácie sesterských buniek diferencujú in vitro s použitím rôznych foriem aminokyselín. Aminokyseliny sú zabudované do študovaných proteínov, a pretože sa navzájom chovajú identicky rozdielne jadrové zloženie, je možné novo syntetizované proteíny bližšie študovať popri ich kontrolovanom (prirodzene sa vyskytujúcom) náprotivky.
Aplikácia: Rádioaktívne zoznamky
Rádioaktívne izotopy sa často používajú na meranie veku materiálov obsahujúcich uhlík. Jedna populárna metóda rádioaktívneho datovania sa nazýva uhlíkové datovanie - datovanie organických materiálov. Pretože životnosť rádioizotopu nie je ovplyvnená žiadnym vplyvom mimo jadro, jeho predvídateľná rýchlosť rozpadu funguje ako hodiny. Napríklad štúdium rádioizotopov v okolí živočíšnych fosílií poskytuje spôsob odhadu veku týchto fosílií.