Isotoper är variationer av kemiska element som innehåller olika antal neutroner. Eftersom isotoper är igenkännliga ger de ett effektivt sätt att spåra biologiska processer under experiment. Det finns många möjliga användningsområden för isotoper vid experiment, men flera tillämpningar är vanligare.
Isotoper differentierade
Varje kemiskt element har ett unikt antal protoner, ett faktum som gav upphov till det periodiska systemet. På samma sätt har en isotop av något givet element sitt eget unika antal neutroner; beteckningen av en isotop bestäms av summan av protoner och neutroner i kärnan (kallad massnummer). Ett element kan ha valfritt antal isotoper. Till exempel har kol-12 och kol-13 båda sex protoner, men den senare innehåller ytterligare en neutron. Eftersom antalet neutroner i en atoms kärna har en försumbar effekt på kemiska egenskaper, isotoper tillhandahålla ett effektivt sätt att studera olika biologiska processer utan att påtagligt påverka deras naturliga kurs.
Tillämpning: Livsmedelssäkerhet
Biogena ämnen (de som produceras av naturligt förekommande livsprocesser) kan ha betydande variationer av kol-, kväve- och syreisotoper, vilket gör dem till ett enklare mål för analys. Tillämpningar av livsmedelssäkerhet gör det möjligt att spåra ursprungslandet för vissa livsmedelsprodukter, som nötkött, med kol- och kväveisotoper. Byråer och tillverkare kan också bestämma metoden för utfodring av boskap - organiskt eller konventionellt - genom att analysera kol-, kväve- och svavelisotoper. Genom att studera kol- och syreisotopdata är det möjligt att bestämma var i Medelhavet olika olivoljor kommer ifrån och hur "naturliga" fruktjuiceprodukter är.
Tillämpning: Isotopisk märkning
Ovanliga isotoper kan användas som markörer vid kemiska reaktioner. Detta kan vara till hjälp, särskilt inom cellbiologi, där forskningslaboratorier som Johns Hopkins Universitys Pandey Lab hittar nya sätt att studera cancer och andra livshotande betingelser. Till exempel är stabil isotopmärkning med aminosyror (SILAC) i cellodling en process genom vilken systercellpopulationer differentieras in vitro med användning av olika former av aminosyror. Aminosyrorna införlivas i proteinerna som studeras, och eftersom de beter sig identiskt trots varandra olika kärnkomposition, kan nyligen syntetiserade proteiner studeras närmare tillsammans med deras kontrollerade (naturligt förekommande) motsvarigheter.
Ansökan: Radioaktiv dejting
Radioaktiva isotoper används ofta för att mäta åldern på material som innehåller kol. En populär radioaktiv dateringsmetod kallas koldatering - datering av organiska material. Eftersom en radioisotops liv inte påverkas av något inflytande utanför kärnan, fungerar dess förutsägbara förfallshastighet som en klocka. Att studera radioisotoper i omgivningen av djurfossiler, till exempel, ger ett sätt att uppskatta åldern på dessa fossil.