Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Nikotingehalts eines Aerosols in einem Inhalator, umfassend die folgenden Schritte:

- einen Zuführschritt, in dem mindestens ein Liquid mit einem ersten Nikotingehalt aus einem Verdampfertank einem elektrischen Verdampfer zugeführt wird,

- einen Verdampfungsschritt, in dem das mindestens eine Liquid unter Erzeugung eines Aerosols verdampft wird,

- einen Abgabeschritt, in dem ein finales Aerosol, das aus der Vereinigung aller in dem Inhalator aus dem mindestens einen Liquid gebildeten Aerosole besteht, aus dem Inhalator an einen Benutzer abgegeben wird.

Inhalatoren, insbesondere in Form von elektronischen Zigaretten (im Folgenden als E- Zigaretten bezeichnet) kommen im medizinischen Bereich und insbesondere in der Genussmittelindustrie zum Einsatz. E-Zigaretten erfreuen sich großer Beliebtheit und ersetzen zunehmend den Konsum herkömmlicher Tabakprodukte. Anders als bei herkömmlichen Tabakprodukten, bei denen vom Konsumenten der Rauch verbrennender Pflanzenteile, insbesondere von Tabak, eingeatmet wird, findet in der E-Zigarette keine Verbrennung von Pflanzenteilen statt. Stattdessen wird in einer Verdampfereinheit eine Flüssigkeit, in der Regel als Liquid bezeichnet, verdampft und in einem Strömungskanal mit Luft vermischt, wodurch ein Aerosol, ein Nebel oder ein Aerosol-Dampf-Gemisch erzeugt wird, das der Konsument inhaliert.

Das Liquid ist an der oder in der Verdampferkartusche bevorratet. Als Flüssigkeit kommen unterschiedliche Mischungen mit verschiedenen Bestandteilen gleicher oder unterschiedlicher Dampfdichten zum Einsatz. Eine typische Mischung für den Einsatz in einer E-Zigarette weist z.B. Bestandteile von Glycerin und Propylenglycol auf, angereichert um Nikotin, optional zusätzlich mit nahezu beliebigen Geschmacksstoffen.

Wie bei herkömmlichen Zigaretten der Nikotingehalt für die Zigarette einen Höchstwert aufweist, gibt es für den Gehalt an Nikotin einer E-Zigarette Höchstwerte an Nikotin im Liquid, die nicht überschritten werden dürfen. So wird in der EU der Nikotingehalt von E-Zigarettenliquids auf eine Konzentration von 20 mg/ml begrenzt. Diese Begrenzung ist laut 2014/40/EU nur gültig für Flüssigkeiten. Die Nikotin-Konzentration der bei der Verdampfung entstehenden Aerosole ist nicht beschränkt.

Die maximal zulässige Nikotin-Konzentration in E-Zigarettenliquids in der EU ist vergleichsweise gering. In den USA hingegen werden E-Zigarettenkartuschen vertrieben, die mit Liquids mit 5% Nikotingehalt befüllt sind. Die Popularität und das von den E- Zigarettenrauchern angenehm empfundene und vor allem tabakzigarettenähnliche Erlebnis sind nicht nur den Nikotinsalzen in den in den USA vertriebenen Liquids zu verdanken, sondern auch der hohen Konzentration, weil dadurch eine rasche, mit Tabakzigaretten vergleichbare Blutnikotinkonzentrationserhöhung erzielt werden kann. Eine ähnliche Blutnikotinkonzentration auch durch E-Zigaretten-Liquids, die den Vorschriften in der EU genügen, zu erreichen, ist wünschenswert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine gegenüber der mit herkömmlichen Liquids erreichbare erhöhte Blutnikotinkonzentration ermöglicht und dabei zugleich den Vorschriften der 2014/40/EU genügt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mindestens eines des mindestens einen Liquids eine Präkursor-Substanz aufweist, die durch chemische Reaktion in Nikotin verwandelt werden kann, und das Verfahren des Weiteren einen Nikotinerzeugungsschritt umfasst, in dem die Präkursor- Substanz durch chemische Reaktion in Nikotin umgewandelt wird, so dass das finale Aerosol einen zweiten Nikotingehalt aufweist, der höher ist als der erste Nikotingehalt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass die Möglichkeit besteht, den Nikotingehalt im erzeugten Aerosol zu erhöhen, indem dem Liquid mindestens eine Substanz zugesetzt wird, die sich erst im Zuge der Bildung des Aerosols in Nikotin verwandelt. Damit kann der Nikotingehalt des Liquids im Rahmen der gesetzlich vorgeschriebenen Werte gehalten werden, während gleichzeitig das vom Konsumenten inhalierte Aerosol einen vom Konsumenten gewünschten höhere Nikotingehalt aufweist. Die Präkursor-Substanz wird während des Verfahrens umgesetzt und erreicht weiter im Aerosol den Konsumenten als Nikotin.

Der Begriff Aerosol bezeichnet in der vorliegenden Erfindung dabei die Dampfphase, die durch Verdampfung des Liquids entsteht, und soll auch Nebel, Dampf oder Gemische aus Aerosol, Nebel und/oder Dampf umfassen, d.h. die gasförmige Phase kann feste und/oder flüssige Partikel enthalten.

Als chemische Reaktion, durch die die Präkursor-Substanz in Nikotin umgewandelt wird, sind beliebige chemische Reaktionen denkbar, Substitutionen, Additionen, Eliminierungen, Umlagerungen, Radikalreaktionen oder Säure-Base-Reaktionen. Besonders bevorzugt ist die chemische Reaktion eine Oxidation oder insbesondere eine Reduktion.

Eine chemische Reduktion ist die Umkehrreaktion einer Oxidation, in der ein Reduktionsmittel an eine bereits oxidierte Substanz Elektronen abgibt (und sie somit „reduziert“).

Vorzugsweise erfolgt die Umwandlung der Präkursor-Substanz in Nikotin unter Verwendung eines Katalysators. Die Verwendung eines Katalysators ermöglicht Umsetzungen, die ohne den Katalysator nicht oder nur unwirtschaftlich möglich wären, da z. B. zu viel Energie zugeführt werden müsste, um die Reaktion zu initiieren und/oder durchzuführen. Der Katalysator senkt durch eine Zwischenreaktion mit der Präkursor-Substanz die erforderliche Aktivierungsenergie auf ein Maß. Somit wird die Reaktion wirtschaftlicher oder überhaupt erst möglich, weil ohne die Senkung konkurrierende andere Reaktionen ablaufen würden, die die eigentlich gewünschte Reaktion nicht oder nur mit sehr geringer Ausbeute zulassen würden.

Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn die Umwandlung der Präkursor-Substanz in Nikotin unter Verwendung eines Enzyms erfolgt. Enzyme sind Proteine, die üblicherweise selektiv eine spezielle Reaktion selektiv katalysieren. Auch Enzyme können es ermöglichen, die Umwandlungsreaktion der Präkursor-Substanz zu Nikotin unter milden Bedingungen ablaufen zu lassen

Nikotin weist die folgende Strukturformel auf: Als Präkursor-Substanz sind verschiedene Verbindungen denkbar. So kann in einer vorteilhaften Ausführungsform Nicotin-Glucuronid oder Nornicotin als Präkursor-Substanz zum Einsatz kommen. Ersteres lässt sich mittels ß-Glucurodnidase, insbesondere immobilisiert auf einem Filter oder einer Säule, in Nikotin umwandeln, letzteres durch Reaktion mit Methyltransferase. Hier kommen also Enzyme zum Einsatz. Ganz besonders bevorzugt ist die Präkursor-Substanz Cotinin oder Nicotin-N‘-Oxid. Beide Verbindungen lassen sich in einer Reduktionsreaktion zu Nikotin umsetzen. Cotinin kommt als ein Alkaloid in Tabakpflanzen vor. Die Strukturformeln von Cotinin und Nicotin-N‘-Oxid sind im Folgenden gezeigt:

Cotinin Nicotin-N‘-Oxid

Dabei wird die Reduktion von Cotinin oder Nicotin-N‘-Oxid vorzugsweise durch katalytische Hydrierung, mittels Lithiumalanat (UAIH4) in polaren protischen Lösungsmitteln oder mittels anderer Zinkhydrid-Komplexe durchgeführt. Auf diese Weise kann die Reduktion unter milden Bedingungen bewerkstelligt werden.

Die Präkursor-Substanz ist vorzugsweise in einer Menge vorhanden, dass im Aerosol ein Nikotingehalt von mindestens 30 mg/ml, vorzugsweise insbesondere mindestens 40 mg/ml und besonders bevorzugt von mindestens 50 mg/ml erreicht wird.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, Liquids einzusetzen, die keinerlei Nikotin enthalten, sondern nur Präkursor-Substanzen, so dass das gesamte Nikotin also erst im Aerosol vorliegt.

Das Reaktionsmittel kann als Flüssigkeit im Liquid vorliegen. Alternativ ist es möglich, dass das Reaktionsmittel ein Feststoff ist. Es kann entweder von Haus aus als Feststoff vorliegen oder mittels Gefriertrocknung in einen Feststoff überführt sein. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Reaktionsmittel in einem Kontaktelement vorgesehen, und in dem Nikotinerzeugungsschritt wird die Präkursor-Substanz mit dem Reaktionsmittel in dem Kontaktelement in Kontakt gebracht. Als ein solches Kontaktelement kommen insbesondere Filter in Frage, ebenso Gitterstrukturen. Diese werden in den Luftkanal einer E-Zigarette eingesetzt und sorgen durch eine große Oberfläche für einen intensiven Kontakt des Aerosols und insbesondere der in diesem enthaltenen Präkursor-Substanz mit dem im Filter enthaltenen Reaktionsmittel. Für feste oder mittels Lyophilisierung (Gefriertrocknung) verfestigte Reaktionsmittel besteht eine bevorzugte Ausführung im Aufbringen von Nano- bzw. Mikropartikeln, um eine möglichst große Oberfläche zu erzielen.

Für flüssige Reaktionsmittel besteht eine bevorzugte Ausführung in der Verwendung einer Spritzanlage, um das Aerosol mit dem jeweiligen flüssigen Reaktionsmittel zu beladen. Eine alternative bevorzugte Ausführung arbeitet mit einem Filter und einer semipermeablen Membran, die das Austreten des Reaktionsmittels in den Aerosolkanal gewährleistet, während das Eintreten des Aerosols in den Filter hinein unterbunden wird. Weiterhin alternativ Ansonsten kann ein Pad, getränkt mit dem flüssigen Reaktionsmittel, im Luftkanal angebracht werden. Hierbei kann der Aerosolkanal vollständig mit dem Pad bedeckt sein oder auch partiell, wobei beliebige Geometrien für das Pad zum Einsatz kommen können. Alternativ kann ein Sieb oder ein Gitter eingesetzt werden, das das flüssige Reaktionsmittel aufsaugt/aufnimmt. Das Sieb oder das Gitter wird von dem Aerosol durchdrungen. Auf diese Weise wird die umzusetzende Präkursor-Substanz umgesetzt, wobei durch die vergrößerte Oberfläche eine besonders intensive Berührung des Reaktionsmittels mit dem Aerosol ermöglicht wird.

Die vorstehend beschriebenen Aufsätze in Form von Pads, Gittern oder Filtern sind sogenannte „disposables“, d. h. Verbrauchsmaterialien, die müssten nach einer Anzahl an Zügen entsorgt und ersetzt werden müssen, weil z. B. im Falle von Reduktionsmitteln das Redoxpotenzial nach einer gewissen Zeit an Zügen nicht mehr gegeben ist. Vorzugsweise wird die Anzahl der Züge digital aufgenommen und in einer App zur Steuerung der E-Zigarette integriert. So wird der Konsument erinnert bzw. darauf aufmerksam gemacht, wie viele Züge noch verfügbar sind und wann ein Wechsel des Filters erforderlich wird. Der Nikotinerzeugungsschritt kann sowohl vor dem Verdampfungsschritt, nach dem Verdampfungsschritt oder gleichzeitig mit dem Verdampfungsschritt ablaufen. Der Nikotin-Präkursor kann also zunächst zu Nikotin umgesetzt werden und dann gemeinsam mit dem übrigen Liquid in die Aerosolphase überführt werden. Alternativ geschieht die Umsetzung während der Bildung des Aerosols. Besonders bevorzugt geschieht die Umsetzung der Präkursor-Substanz zu Nikotin in der Aerosolphase.

Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn das Verfahren in einem Inhalator mit einem Verdampfertank mit mindestens zwei Verdampfertankkammern durchgeführt wird, wobei jeder Verdampfertankkammer ein eigener Verdampfer zugeordnet sein kann. Auf diese Weise ist es möglich, verschiedene Liquids mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen getrennt voneinander in die Aerosolphase zu überführen.

Mit einer solchen Ausführung mit mehr als einer Verdampfertankkammer ist es beispielsweise besonders gut möglich, mit mehreren Liquids zu arbeiten. So kann ein erstes Liquid Nikotin enthalten und die Präkursor-Substanz entweder in dem ersten Liquid oder in einem zweiten Liquid enthalten sein. Besonders bevorzugt ist die Präkursor-Substanz in einem zweiten Liquid enthalten. Auf diese Weise kann die Reaktion zur Umwandlung der Präkursor-Substanz in Nikotin separat durchgeführt werden und es besteht keine Gefahr, dass die Umwandlungsreaktion möglicherweise unerwünschte Reaktionen am bereits vorhandenen Nikotin bewirkt.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass mindestens zwei Liquids eingesetzt werden, wobei ein erstes Liquid Nikotin enthält und ein weiteres Liquid ein Reaktionsmittel enthält, das die Umwandlung der Präkursor-Substanz in Nikotin bewirkt. Das erste Liquid kann Nikotin und die Präkursor-Substanz enthalten, wobei die Präkursor-Substanz erst bei Zusammentreffen der beiden Liquids mit dem Reaktionsmittel reagiert.

Bei dieser beschriebenen Variante werden das Nikotin und die Präkursor-Substanz enthaltende Liquid und das Liquid, das das Reaktionsmittel enthält, separat in die Aerosolphase überführt. Die Reaktion von Präkursor-Substanz mit Reaktionsmittel zu Nikotin erfolgt dann in der Aerosolphase, wenn die beiden Aerosole, d. h. die Aerosole aus erstem und weiterem Liquid miteinander vereint werden. Durch die Vereinigung kann die Reaktion der Präkursor-Substanz mit dem Reaktionsmittel zu Nikotin erfolgen. Es entsteht das finale Aerosol, das den zweiten Nikotingehalt aufweist, der höher ist als der erste Nikotingehalt. Besonders bevorzugt sind in dem zweiten Liquid also sowohl die Präkursor-Substanz wie auch das Reaktionsmittel enthalten. Alternativ kann das Reaktionsmittel, wie vorstehend beschrieben, auch in Form eines Filters im Luftkanal für das zweite Aerosol vorgesehen sein und die Präkursor-Substanz umwandeln, wenn diese im Aerosol den Filter passiert.

Bei der vorstehend beschriebenen Variante werden das Nikotin enthaltende Liquid und das Liquid, das die Präkursor-Substanz und ggf. das Reaktionsmittel enthält, separat in die Aerosolphase überführt. Die Reaktion von Präkursor-Substanz mit Reaktionsmittel zu Nikotin erfolgt also separat. Erst nach Umsetzung der Präkursor-Substanz zu Nikotin wird das Aerosol, das das neu erzeugte Nikotin enthält mit dem Aerosol des Liquids, das bereits zu Beginn Nikotin enthielt, vereinigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Drei-Tanksystem verwendet. So können die verschiedenen Substanzen voneinander getrennt gelagert werden. In einem solchen Fall würde ein erster Tank ein herkömmliches Liquid mit dem Basis-Nikotin- gehalt enthalten. Dieser Nikotingehalt würde vorzugsweise dem maximal zulässigen Nikotingehalt entsprechen. Ein weiterer Tank enthält ein Liquid, das die Präkursor- Substanz enthält. In einem dritten Tank schließlich ist ein Liquid enthalten, das das Reaktionsmittel und, wenn gewünscht und/oder erforderlich, eine Trägersubstanz enthält. Als Trägersubstanzen kommen insbesondere die üblichen Trägersubstanzen wie Wasser, Propylenglycol (PG) und/oder Glycerin, insbesondere pflanzliches Glycerin („vegan glycerole“ - VG), in Frage.

In einem ersten Schritt erfolgt die Aerosolbildung der verschiedenen Liquids. In einem zweiten Schritt wird die Präkursor-Substanz mit zunächst separat mit dem Reaktionsmittel zu Nikotin umgesetzt. Auf diese Weise wird vermieden, dass unkontrolliert weitere Bestandteile des Liquids mit dem Reaktionsmittel reagieren. So kann zum Beispiel Cotinin erst einmal separat zu Nikotin reduziert werden, und es wird vermieden, dass weitere Bestandteile des Liquids wie z. B. Aromen, in einer unerwünschten Nebenreaktion ebenfalls reduziert werden. Vorzugsweise weist ein Mehrkammersystem auch mehrere separate Verdampfer auf. In einem dritten Schritt werden dann die Aerosole miteinander vermischt, und es entsteht das finale Aerosol mit erhöhtem Nikotingehalt, das schließlich vom Konsumenten inhaliert wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umwandlung der Präkursor- Substanz in Nikotin vor einer und/oder zwischen zwei E-Zigarettensessions. Die nötige Menge an Präkursor-Substanz wird umgesetzt gespeichert und/oder mittels Hitzezufuhr in der Aerosolphase gehalten, bis der Konsument die nächste Session beginnt. Auf diese Weise können auch solche Reaktionen zum Einsatz kommen, die mehr Zeit und Energie benötigen, um abzulaufen und genug Nikotinmoleküle zu liefern. Wenn die nächste Session nicht in einer längeren Zeit unternommen wird, wird die Erwärmung gestoppt, damit durch die fortgeschrittene Zeit keine unbeabsichtigten Reaktionen ablaufen.

Weitere zweckmäßige und/oder vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen des Verfahrens zur Einstellung des Nikotingehalts eines Aerosols in einem Inhalator ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Besonders bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt/zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Schritte einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Schritte einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3a und 3b eine schematische Darstellung der Anordnung eines Pads mit Reaktionsmittel zur Durchführung der vorliegenden Erfindung und

Fig. 4a und 4b eine schematische Darstellung der Anordnung eines Gitters zur Aufnahme von Reaktionsmittel zur Durchführung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen ersten Verdampfer 1 , der mit einem ersten Tank 2a und einem zweiten Tank 2b in Verbindung steht. Der erste Tank 2a enthält ein herkömmliches Liquid für eine E-Zigarette mit einem ersten Nikotingehalt, der dem zulässigen Nikotingehalt von 20 mg/ml entspricht, sowie mit einem Gehalt an Cotinin. In dem zweiten Tank 2b befindet sich ein zweites Liquid, das neben einem Träger ein Reduktionsmittel enthält. Die beiden Liquids werden unter Aerosolbildung verdampft. Es entsteht ein erstes Aerosol 3a mit herkömmlichem E-Liquid und Cotinin und ein zweites Aerosol 3b mit Träger und Reduktionsmittel. Beide Aerosole 3a, 3b werden miteinander in Kontakt gebraucht, wobei das Reduktionsmittel das Cotinin zu Nikotin reduziert, so dass sich der Gehalt an Nikotin im Aerosol erhöht. Es entsteht das finale Aerosol 4, das einen zweiten Nikotingehalt aufweist, der höher ist als der erste Nikotingehalt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit drei verschiedenen Tanks 2a, 2b, 2c, denen jeweils ein Verdampfer 1a, 1b, 1c zugeordnet ist. Der erste Tank 2a enthält ein herkömmliches Liquid mit dem Basis-Nikotingehalt, der dem maximal zulässigen Nikotingehalt eines Liquids entspricht. Ein zweiter Tank 2b enthält ein zweites Liquid, das Cotinin enthält. In dem dritten Tank 2c schließlich ist ein drittes Liquid enthalten, das das Reduktionsmittel und PG als Trägersubstanz enthält.

In einem ersten Schritt erfolgt die Aerosolbildung der verschiedenen Liquids. Es entstehen ein erstes Aerosol 3a, enthaltend Nikotin und Aroma, ein zweites Aerosol 3b, enthaltend Cotinin, und ein drittes Aerosol 3c, enthaltend das Reduktionsmittel und PG.

In einem zweiten Schritt werden zweites 3b und drittes Aerosol 3c vermischt, und es wird das im zweiten Aerosol 3b enthaltene Cotinin mit dem im dritten Aerosol 3c enthaltenen Reduktionsmittel zu Nikotin reduziert. Dabei sind zweites und drittes Aerosol 3b, 3c noch vom ersten Aerosol 3a getrennt. Auf diese Weise wird vermieden, dass unkontrolliert weitere Bestandteile des Liquids wie z. B. Aromen, die zusammen mit dem Nikotin im ersten Aerosol 3a enthalten sind, mit dem Reaktionsmittel reagieren und in einer unerwünschten Nebenreaktion ebenfalls reduziert werden.

In einem dritten Schritt werden dann die Aerosole miteinander vermischt, und es entsteht das finale Aerosol 4 mit erhöhtem Nikotingehalt, das schließlich vom Konsumenten inhaliert wird.

Fig. 3a zeigt eine Ausführungsform eines Luftkanals 5 eines Inhalators zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Seitenansicht, Fig. 3b denselben Luftkanal 5 in Draufsicht. In dem Luftkanal 5 ist ein Filter 6 angeordnet, der das nanopartikuläre Reduktionsmittel enthält. Das Cotinin enthaltende Aerosol 3b passiert den Filter 6 und kommt dadurch in Kontakt mit dem Reduktionsmittel, so dass das im Aerosol 3b enthaltene Cotinin zu Nikotin reduziert wird. Fig. 4a zeigt eine weitere Ausführungsform eines Luftkanals 5 eines Inhalators zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Seitenansicht, Fig. 4b denselben Luftkanal 5 in Draufsicht. In dem Luftkanal ist ein Sieb bzw. Gitter 7 angeordnet, in dem das flüssige Reduktionsmittel aufgenommen ist. Dieses Sieb 7 wird von dem Aerosol 3b durchdrungen, wodurch das enthaltene zu reduzierende Cotinin aufgrund der vergrößerten Oberfläche umfassend reduziert werden kann und weiter im Aerosol 3b den Konsumenten als Nikotin erreicht.