Cuando una partícula alfa atraviesa un gas, no deja tras de sí una estela continua, sino una cadena de ionizaciones individuales: pequeños destellos en los que los electrones se desprenden de los átomos. En una célula viva, estos destellos dañan el ADN, y cuanto más densamente se agrupan en un ovillo, más grave es el daño. Un dispositivo que pudiera contar estos ovillos en un volumen del tamaño del propio ADN ha seguido siendo hasta ahora un monstruo de laboratorio voluminoso. El nuevo trabajo da el primer paso para meter ese contador en una caja del tamaño de una palma de la mano.
El detector se construye alrededor de una placa de fibra de vidrio ordinaria o acrílico, en la que se perforan siete orificios de menos de un milímetro de diámetro. Sobre la placa se crea un campo eléctrico débil que arrastra lentamente los iones hacia los orificios, y dentro de cada orificio el campo se intensifica bruscamente. Cuando un ion entra en uno de estos orificios, desencadena una avalancha: una cascada de nuevas cargas que amplifica la señal hasta hacerla visible en un osciloscopio. En el experimento, las partículas alfa de una fuente de americio-241 atravesaron propano a una presión cien veces inferior a la atmosférica. Con esta rarefacción, las distancias milimétricas en el gas corresponden a nanométricas en el agua, por lo que un orificio de 0,8 milímetros de diámetro "ve" un volumen que en tejido vivo ocuparía solo ocho nanómetros, aproximadamente el ancho de tres vueltas de la hélice del ADN.
Los resultados mostraron que, de una sola partícula alfa, el detector registra efectivamente varios impulsos que llegan casi simultáneamente. Para la placa de acrílico, el número medio de impulsos alcanzó casi dos por partícula, y los tiempos de llegada se ajustaron a quince microsegundos, justo el tiempo que necesitan los iones para llegar desde su lugar de nacimiento hasta los orificios. Esto significa que el peine no recoge iones al azar, sino de un mismo ovillo. Sin embargo, no se observaron las decenas de impulsos esperadas: la placa capturaba solo una pequeña parte de los iones, porque muchos se depositaban en la superficie del dieléctrico y la cargaban. La carga alteraba el campo eléctrico, y la sensibilidad del dispositivo variaba de una medición a otra.
A pesar de su modesta eficiencia, el trabajo ha demostrado por primera vez que una estructura de múltiples orificios en grupo es capaz de extraer iones de un único volumen nanométrico. Hasta ahora, los nanodosímetros compactos no existían en absoluto: todos los dispositivos capaces de medir la distribución de los cúmulos de ionización ocupaban mesas enteras y requerían una electrónica compleja. Ahora ha aparecido un prototipo que puede reducirse aún más, añadiendo lectura independiente de cada orificio y sustituyendo el propano por nitrógeno para que no se forme la película. Si estos dispositivos se vuelven suficientemente estables, podrían verificar la calidad de los haces en la terapia de protones y evaluar el peligro de la radiación en el espacio, directamente in situ, sin instalaciones voluminosas.
El peine de púas espaciadas aún no desenreda todo el ovillo, pero ya ha demostrado que cada púa puede funcionar por sí sola. El siguiente paso es hacer que las púas sean independientes y recubrirlas con un material que no tema a la carga. Entonces, el contador de iones dejará de ser una rareza de laboratorio y se convertirá en una herramienta de trabajo en manos de un médico o de un ingeniero de protección radiológica.
A una presión de 1 mbar de propano, un orificio de 0.8 mm de diámetro corresponde a un volumen en agua de aproximadamente 8.4 nm de diámetro, que es aproximadamente el ancho de tres vueltas de ADN.