因自由基有不成对电子自旋，所以称自旋标记（H．M．McConnell）。
开始是用氯丙嗪阳离子自由基研究其与DNA的相互作用，后来则用稳定的硝酰（基）自由基类。有N-羟四甲基六氢吡啶（四氢吡咯）衍生物以及N-羟二甲基1，3-氧氮杂环戊烷衍生物等。有合成在标记物的局部含有反应性的官能团，使之与活体高分子等反应而结合于特定的部位；
或合成与活体有关的含硝基氧（ni-troxide）基的低分子化合物，加于活体以观察其相互作用等方法。
一般标记蛋白质的胱氨酸基，通过标记物的动的变化来检查局部环境的变化。
另外通过自旋标记的磷脂已查明了生物膜或类脂双层膜内类脂分子的扩散类脂的烷基链的弯曲性，为探明生物膜的行动的结构作出了贡献。
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