Gli isotopi sono variazioni di elementi chimici contenenti diversi numeri di neutroni. Poiché gli isotopi sono riconoscibili, forniscono un modo efficiente per tenere traccia dei processi biologici durante la sperimentazione. Ci sono molti usi potenziali per gli isotopi nella sperimentazione, ma diverse applicazioni sono più prevalenti.
Isotopi differenziati
Ogni elemento chimico ha un numero unico di protoni, un fatto che ha dato origine alla tavola periodica. Allo stesso modo, un isotopo di ogni dato elemento ha il suo numero unico di neutroni; la designazione di un isotopo è determinata dalla somma dei protoni e dei neutroni nel nucleo (indicato come numero di massa). Un elemento può avere un numero qualsiasi di isotopi. Ad esempio, il carbonio-12 e il carbonio-13 hanno entrambi sei protoni, ma quest'ultimo contiene un neutrone aggiuntivo. Poiché il numero di neutroni nel nucleo di un atomo ha un effetto trascurabile sulle proprietà chimiche, gli isotopi forniscono un mezzo efficace per studiare vari processi biologici senza influenzare significativamente il loro corso naturale.
Applicazione: Sicurezza alimentare
Sostanze biogeniche ( quelli prodotti da processi vitali naturali) possono presentare variazioni significative di isotopi di carbonio, azoto e ossigeno, il che li rende un obiettivo più semplice per l'analisi. Le applicazioni di sicurezza alimentare consentono di tracciare il paese di origine di alcuni prodotti alimentari, come la carne bovina, utilizzando isotopi di carbonio e azoto. Agenzie e produttori sono anche in grado di determinare il metodo di alimentazione del bestiame - organico o convenzionale - analizzando isotopi di carbonio, azoto e zolfo. Studiando i dati sugli isotopi del carbonio e dell'ossigeno, è possibile determinare da dove provengono i vari oli d'oliva nel Mediterraneo e come sono "naturali" i prodotti a base di succo di frutta.
Applicazione: Etichettatura isotopica
È possibile utilizzare isotopi insoliti come marcatori nelle reazioni chimiche. Questo può essere utile, in particolare nel campo della biologia cellulare, dove i laboratori di ricerca come il Pandey Lab della Johns Hopkins University stanno trovando nuovi modi per studiare il cancro e altre condizioni potenzialmente letali. Ad esempio, l'etichettatura dell'isotopo stabile con gli aminoacidi (SILAC) nella coltura cellulare è un processo mediante il quale le popolazioni di cellule gemelle vengono differenziate in vitro utilizzando varie forme di aminoacidi. Gli aminoacidi sono incorporati nelle proteine in fase di studio e, poiché si comportano in modo identico tra loro nonostante la diversa composizione nucleare, le proteine di nuova sintesi possono essere studiate più da vicino insieme alle loro controparti controllate (presenti in natura).
Applicazione: Radioactive Dating
Gli isotopi radioattivi vengono spesso utilizzati per misurare l'età dei materiali contenenti carbonio. Un popolare metodo di datazione radioattiva si chiama datazione al carbonio - la datazione di materiali organici. Poiché la vita di un radioisotopo non è influenzata da alcuna influenza al di fuori del nucleo, il suo tasso prevedibile di decadimento si comporta come un orologio. Lo studio dei radioisotopi nei dintorni di fossili di animali, ad esempio, fornisce un modo per stimare l'età di quei fossili.
