Erfindungsgemäß gibt es zwei unterschiedliche Methoden, um eine signifikante Burstkinetik zu generieren, eine Phasenkopplung von Antigenen über ihre Ladungen und eine mechanische Phasenkopplung. Der Vibamat setzt bei der Phasenkopplung über Ladungen auf einen neuen Typ von Substratmaterialien. Das sind Materialien, die gerne oxidieren und zudem sehr eben sind. Dieses können z.B. glatte Silizium- oder Aluminiumsubstrate sein. Bei beiden Materialien bildet sich schnell eine Oxidschicht. Bei Silizium wächst die Si02-Oxidschicht um ca. 0,7 nm innerhalb der ersten Stunde. Bei Aluminium findet ebenfalls eine automatische Oxidation statt. Bei der elektrischen Phasenkopplung wird ein Substrat zunächst oxidfrei gemacht oder die Oxidschicht wird deutlich reduziert, um Antigene anzukoppeln. Oxidfreies oder oxidreduziertes Silizium kann zum Beispiel dadurch erhalten werden, dass ein Siliziumwafer mit SiO2-Schicht durch Flusssäure von der Oxidschicht befreit wird. Ein Beaufschlagen des oxidfreien oder oxidreduzierten Siliziumwafers mit Antigenen in wässriger Lösung führt zum Ankoppeln der Antigene. Bei Aluminium können Aluminiumfolien als Substrat genutzt werden. Während des Herstellprozesses werden die Folien in gefaltetem Zustand gewalzt, wobei die Innenseiten der gefalteten Folien weitgehend oxidfrei sind. Erst wenn die Folien auseinander gezogen werden, beginnt die Oxidation. Werden Antigene zu diesem Zeitpunkt auf die Folien gebracht, dann haften sie augenblicklich. Um eine Phasenkopplung über Ladungen zu erhalten, muss die Distanz der Antigene zu einander so gering sein, dass die Ladungen der Antigene miteinander interagieren können.

Antigene haben positive Ladungen in Form von NH3+ – Ionen und negative Ladungen in Form von COO- – Ionen, der isoelektrische Punkt befindet sich zwischen den positiven und den negativen Ladung. Außerdem haben Antigene mindestens ein Beta-Faltblatt oder eine Alpha-Helix. Es ist allgemein bekannt, dass sich sowohl Beta – Faltblätter wie auch Alpha – Helices wie lineare oder nicht-lineare Federn verhalten. Weiterhin ist bekannt, dass die Strukturen im Terahertz-Bereich schwingen. Durch Anwendung der mathematischen Methoden der technischen Mechanik und Nutzung der Maxwellschen Gleichungen lässt sich beweisen, dass es automatisch zu einer Phasenkopplung der Antigenschwingungen kommt, wenn die Antigene dicht genug nebeneinander angeordnet sind. Die Phasenkopplung ist besonders stark, wenn durch alle isoelektischen Punkte der Antigene eine plane Ebene gelegt werden kann. Deshalb sollte das Substrat sehr plan sein. Die gekoppelten schwingenden Antigene erzeugen durch Überlagerung der Einzelfelder ein resultierendes Ladungsverschiebungsfeld, das größer als das jeweilige Ladungsverschiebungsfeld eines einzelnen Antigens ist. Die Reichweite der Ladungsverschiebungswellen steigt mit der Wurzel der Anzahl der gekoppelten Antigene. Es ist also erforderlich, dass für einen Schnelltest genügend viele Antigene in der Phase gekoppelt sein müssen.

Auf ein glattes Siliziumsubtrat mit oder ohne Oxidschicht wird eine elastische Membran mit Antigenen aufgelegt. Bei der Membran kann es sich um Zell- oder Virusmembranen mit Epitopen handeln. Zwischen der Lipid-Membran und der Substratoberfläche bildet sich automatisch eine Wassermonolage, die das Schwingen der Membran ermöglicht, dadurch kann eine Phasenkoppelung der Antigene erfolgen. Nach der Herstellung der Antigenschicht erfolgt ein Blocken durch Moleküle oder durch den natürlichen Oxidationsprozess. Das natürliche Blocken durch Oxidation kann über einen natürlichen oder künstlichen Oxidationsprozess erfolgen. Beim natürlichen Oxidationsprozess wird der natürliche Sauerstoff der Luft verwendet, beim künstlichen Oxidationsprozess wird zusätzlich Sauerstoff zugeführt. SiO2 ist leider hydrophil, es kann jedoch hydrophob gemacht werden. Hierzu kann die SiO2- Schicht einfach normaler Luft ausgesetzt werden. Nach einer gewissen Zeit bildet sich eine hydrophobe Schicht (4) auf dem SiO2. Dieser Prozess kann dadurch abgekürzt werden, dass in der Nähe Öl oder Fett verdampft wird. Auf dem SiO2 bildet sich dann ein hydrophober Dünnstfilm. Dieser hydrophobe Dünnstfilm verbessert das Blocken.

Oberhalb des Antigensubstrates muss ein Flüssigkeitslayer mit den zu analysierenden Biomolekülen vorhanden sein. Der Flüssigkeitslayer darf allerdings nur so dick sein, das die Ladungsverschiebungswellen den Layer mit hinreichender Stärke durchdringen können. Die Feldstärke muss dabei so groß sein, dass die Biomoleküle, z.B. Enzyme, Antikörper, Viren, Bakterien oder Zellen, an jedem Ort im Flüssigkeitslayer erkennen können, wo sich die Antigene befinden. Sie werden sich dann automatisch in Richtung der Antigene bewegen, um an diese anzukoppeln. Je dünner der Layer ist, desto schneller findet der Kopplungsprozess statt. Werden die obigen Rahmenbedingungen erfüllt, dann koppeln alle Biomoleküle an, d.h., es gibt eine deutliche Abweichung vom Massenwirkungsgesetz. Die nicht-lineare Kinetik des Massenwirkungsgesetzes wird durch einen gesteuerten Prozess mit linearer Kinetik ersetzt. Dieser gesteuerte Prozess ist im Vergleich zum Massenwirkungsgesetz deutlich schneller und ermöglicht die Entwicklung von Schnelltests. Experimentell konnte ein Bereich von etwa 2 mm identifiziert werden, in dem Antikörper und Viren ihre Antigene erkennen und auf diese zu schwimmen, bei Bakterien und Zellen kann ähnliches erwartet werden. Ebenfalls experimentell konnte nachgewiesen werden, dass in diesem Bereich sowohl Antikörper wie auch Viren mit konstanter Geschwindigkeit auf das Substrat zu schwimmen. Experimentell konnte bei IgE-Antikörpern eine Geschwindigkeit von etwa 2 mm/s ermittelt werden, bei Viren beträgt die Geschwindigkeit 0,1 – 0,2 mm/s.

Bei einer Flüssigkeitssäule von 1 mm oberhalb des Antigen-beschichteten Substrates haben innerhalb von 0,5 Sekunden alle Antikörper aus der Flüssigkeitssäule angedockt. Bei Viren beträgt die Zeit ca. 5 bis 10 Sekunden. Anstelle einer durchgehenden Flüssigkeitssäule können auch Aerosole in denen sich Biomoleküle befinden, vermessen werden. Bei einem Durchmesser der Aerosole von 1 Mikrometer benötigen Viren einen Zeitraum von 5 bis 10 Millisekunden, bis sie angekoppelt haben.

Um Aerosole messtechnisch erfassen zu können, muss das Substrat kälter als das Aerosol sein. Dadurch kondensieren die Aerosole auf dem Antigenlayer und es kommt zum Kopplungsprozess.Die messtechnische Auswertung kann gemäß US6168921 erfolgen. Mit Hilfe dieser Technologie kann eine Schichtdickenänderung von 20 Femtometern erfasst werden. Die einzelnen Biomoleküle sind zwar größer, die optische Beugungsbegrenzung führt aber dazu, dass mittlere Schichtdicken unter einem Atomdurchmesser gemessen werden können. Koppelt auf eine Messfläche von 3 mm2 ein 160 nm-Virus mit einem Volumen von 2,1 * 10-3 µm3 an, dann entspricht das einer mittleren Schichtdickenerhöhung von 0,71 Femtometern auf der 3 mm2 großen Substratfläche. Bei einer gerätetechnischen Auflösung von 20 Femtometern hat das Verfahren dann beispielsweise eine Auflösung von 28 Viren. Durch den Einsatz einer Kamera als Detektor kann die Auflösung noch erhöht werden. Selbst, wenn das Signalrauschen der Kamera um den Faktor 10000 höher ist als bei dem Verfahren ohne Kamera und die Schichtdickenauflösung jedes Pixels damit nur noch bei 0,2 nm liegt, kann bei einer Beugungsbegrenzung (laterale Auflösung) von 1 µm ein einzelner Virus sehr gut identifiziert werden. Die Auflösungsgrenze des Verfahrens liegt dann bei etwa 1/10 Virus.

Ist das Substrat sehr glatt, dann erzeugt die Antigenschicht auf dem Substrat kein signifikantes Streulicht. Koppeln größere Moleküle wie Viren, Bakterien oder Zellen an die Antigene an, dann wird hierdurch Streulicht erzeugt. Selbst Moleküle, die kleiner als die Beugungsbegrenzung sind, erzeugen Streulicht, das mit bloßem Auge oder optischen Hilfsmitteln (z.B. eine abbildende Optik mit Kamera) gesehen wird. Experimente haben gezeigt, dass bereits 40 nm Biopartikel mit bloßem Auge gesehen werden können. Das ist möglich, weil das gestreute Licht einen divergenten Strahlengang hat.