同位素為相同化學元素的原子，由于在原子核中存在不同的中子數而具有不同的質量，有輕、重同位素之分；根據物理特性，又可將同位素分為放射性和穩定性兩種形式。放射性同位素(如：3H、14C)經歷著自身的衰變過程，并放射出輻射能，是不穩定的，具有物理半衰期；穩定性同位素無放射性，物理性質穩定，以一定比例(豐度)存在于自然界，對人體無害，可采取化學合成的方法將其標記到藥物分子中去，并通過氣質、液質等儀器對其進行跟蹤檢測。
一、“同位素標記”在藥物研發過程中的2個主要方向
藥代動力學研究
在定量分析靈敏度方面，放射性同位素標記化合物要高于穩定同位素標記物，且放射性的測量不受非放射性雜質和化學狀態的影響，因此定量分析更加簡便，分析結果更加準確。放射性同位素標記化合物除了用于解決常規分析方法無法解決的分析難題，更重要的是可用作示蹤劑，從而來研究藥物在體內的分布、代謝、療效、作用機制等，為藥物的藥代動力學研究提供重要的依據，同時為創新藥物的研發提供方法。
毒性研究
潛在毒性研究是藥物的發現和臨床過程中必須進行的一個環節，以往的毒性研究多采用對大量的化合物進行體外實驗和動物實驗，需要花費大量的金錢和時間，且對毒性產生的機理也無法解釋。使用穩定同位素標記的化合物可以追蹤藥物的代謝過程，找出毒性產生的原因，并能預測新化合物潛在的毒性。
二、穩定性同位素標記
穩定同位素標記試劑較放射性同位素標記試劑而言，最主要的優點在于無放射性、無需復雜的放化設備及防輻射防護措施，且無環境污染。目前，在我國國內已完成了15N、
18O、20Ne、
22Ne、13C等穩定同位素分離技術的研究，并逐步將穩定同位素標記試劑的制備和檢測技術進行國產化研發，從而打破國外壟斷。
三、穩定性同位素示蹤劑
藥學領域常用于示蹤的穩定性同位素，主要為2H、
13C、15N、18O。嚴格來講，穩定性同位素是指某元素中不發生或極不易發生放射性衰變的同位素，如12C和13C均是碳的穩定性同位素，且在代謝研究中，“穩定性同位素”常用來表示天然豐度比較低的那一種穩定性同位素。碳在自然界中主要以12C的形式存在，13C僅占1.11%，氮元素則以14N為主，
15N僅占0.37%。
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