WO2023213392A1

WO2023213392A1 - Verbrennungslose zigarette

Info

Publication number: WO2023213392A1
Application number: PCT/EP2022/062054
Authority: WO
Inventors: Martin Schwarz; Heribert Schwarz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-05-04
Filing date: 2022-05-04
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: US20250268314A1; EP4518711A1

Abstract

Verbrennungslose Zigarette bestehend aus einer Hülse (1), auf dessen Innenmantel (1a) eine Nikotinlösung aufgebracht ist, bei der erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass die Hülse (1) an einem ihrer beiden Enden mit einer teilweise luftdichten Ansaugbremse (2) verschlossen ist und die Nikotinlösung aus einer in 75-105 μl Ethanol gelösten Menge von 0.8-1.2 mg Nikotin besteht, wobei die Nikotinlösung als eine zumindest partielle Benetzung des Innenmantels (1a) aufgebracht ist. Die erfindungsgemäße Zigarette reproduziert in ihrer Nikotinabgabe die Eigenschaften einer herkömmlichen Zigarette, indem das Nikotin während des üblichen Ansaugvorganges in ausreichender Menge von dem sich innerhalb der Hülse (1) einstellenden Luftstrom aufgenommen wird und für eine Inhalation zur Verfügung steht.

Description

Verbrennungslose Zigarette

Die Erfindung betrifft eine verbrennungslose Zigarette bestehend aus einer Hülse, auf dessen Innenmantel eine Nikotinlösung aufgebracht ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Herkömmliche Zigaretten beruhen auf der Verbrennung eines nikotinhaltigen Tabaks, der von einer Papierhülse aufgenommen ist. Der Verbrennungsvorgang setzt Nikotin frei, das vom Raucher durch Ansaugen in einem so genannten Hauptstromrauch inhaliert wird. Zwischen den Zügen setzt sich der Verbrennungsvorgang fort, wobei Nikotin in einem so genannten Nebenstromrauch in die Umgebung entweicht ohne vom Raucher aufgenommen zu werden. Die vom Raucher erwünschte Wirkung beruht auf dem aufgenommenen Nikotin, das aktivierende Wirkungen auf Zellen des vegetativen Nervensystems hat. Herkömmliche Zigaretten enthalten etwa 10mg Nikotin, wobei aufgrund der Verbrennung und dem Nebenstrom beim Konsum der gesamten Zigarette nur etwa 1-2 mg Nikotin vom Raucher inhaliert wird. Das zeigt, dass bei herkömmlichen Zigaretten der Großteil des Nikotins im Tabak nicht inhaliert wird, sondern verbrennt oder entweicht. Stattdessen wird eine Vielzahl an sonstigen Inhaltsstoffen und Verbrennungsprodukten des Tabaks inhaliert, die nachweislich krebserregende Wirkung aufweisen, insbesondere Teerstoffe oder etwa Benzol, Blei und Cadmium. Nikotin selbst ist hingegen nicht krebserregend. Nikotin gilt zwar als Suchtmittel und kann Abhängigkeit erzeugen, die Suchtwirkung wird aber durch die im Tabakrauch enthaltenen Substanzen nachweislich stark erhöht, etwa durch die im Tabakrauch enthaltenen Monoaminooxidase-Hemmer. Falls auf den Verbrennungsvorgang von Tabak verzichtet werden könnte, wäre auch das Suchtpotential von Nikotin deutlich reduziert.

Daher wurde versucht verbrennungslose Zigaretten bereitzustellen, bei denen Nikotin auf Trägerkörper unterschiedlicher Ausführung aufgebracht und ohne sonstige Inhaltsstoffe des natürlichen Tabaks zur Inhalation bereitgestellt wird. So wurde in der US 4,800,903 ein poröser Trägerkörper beschrieben, der aus Polyethylen, Polypropylen oder aus ähnlichen Kunststoffen hergestellt wird. Alternativ zu den porösen Trägerkörpern wurden auch Trägerkörper beschrieben, die aus einem festen (nicht porösen) Material ausgebildet wurden.

In der US 4,284,089 wurde ein poröser Trägerkörper beschrieben, der walzenförmig ausgeführt ist und an beiden Enden trichterförmig ausgebildet ist. Die beiden trichterförmigen Ausbildungen sind durch einen Kanal, durch den das Nikotingemisch ziehen kann, verbunden. Der beidseitig mit Trichtern ausgebildete Trägerkörper ist im Inneren einer Hülse angeordnet.

Die US 4,813,437 zeigt eine zigarettenförmige Nikotinabgabevorrichtung, bei der mehrere Sektionen und mehrere Arten von walzenförmigen porösen Trägerkörpern angeordnet sind. Diese Trägerkörper sind aus Kunststoff und Zellulosefasern gefertigt. Die Fertigung mit mehreren Zonen und mehreren porösen Trägerkörpern verlangt mehrere Arbeitsschritte, wodurch hohe Herstellungskosten entstehen.

In der US 6,089,632 wird ein walzenförmiger und poröser Trägerkörper beschrieben, der als Nikotinreservoir ausgebildet ist. Dieser poröse Trägerkörper wird in einem Mischgefäß mit einer Nikotinlösung getränkt und anschließend getrocknet und so mit Nikotin beladen und in eine Hülse eingesetzt. Für die Benutzung muss die Hülse mit dem Trägerkörper in eine pfeifenförmige Inhalationsvorrichtung eingesetzt werden.

Es hat sich aber gezeigt, dass offenporige Trägerkörper Poren unterschiedlicher Größe aufweisen, sodass sich keine genau festgelegte Porenoberfläche des porösen Trägerkörpers ergibt, was beim Tränken der porösen Trägerkörper mit einer Nikotinlösung nachteilig ist, da stets unterschiedliche Mengen an Nikotin in einem offenporigen Trägerkörper angelagert sind. Bei einer verbrennungslosen Zigarette muss die angelagerte Nikotinmenge aber exakt einstellbar sein, da der Konsument ansonsten überhöhte Nikotinmengen aufnehmen könnte, die die auf der Verpackung angegebene Menge übersteigen.

Die vorgenannten Lösungen haben sich zudem auch deshalb nicht am Markt durchgesetzt, weil sie in ihrer Nikotinabgabe die Eigenschaften einer herkömmlichen Zigarette nicht zufriedenstellend reproduzieren. Es ist für die Marktakzeptanz nicht ausreichend eine Nikotinlösung in erforderlichen Mengen in einer Hülse zu speichern, sondern das Nikotin muss während des üblichen Ansaugvorganges auch in ausreichender Menge von dem sich innerhalb der Hülse einstellenden Luftstrom aufgenommen werden und für eine Inhalation verfügbar sein. Experimentelle Untersuchungen zum typischen Raucherverhalten zeigen, dass beim Konsum einer herkömmlichen Zigarette typischer Weise zumindest 10-20 Züge an der Zigarette getätigt werden, wobei typische Züge Volumina von ca. 40-80ml Volumen haben. Zwischen den Zügen an einer herkömmlichen Zigarette liegen typischer Weise 10-40 Sekunden. Die gesamte Konsumationsdauer beträgt dabei etwa 10-15 Minuten. Bei einem solchen Raucherverhalten der typischen Art muss das Nikotin mittels einer verbrennungslosen Zigarette in gewohnten Mengen, also in einer Menge von etwa 1mg freigesetzt und zur Inhalation bereitgestellt werden. Bei Standardbedingungen liegt Nikotin aber als ölige Flüssigkeit vor, die schwer bis sehr schwer flüchtig ist (Siedepunkt 246°C, Dampfdruck 0.058 hPa bei 20°C, 0.13hPa bei 30°C und 0.58 hPa bei 50°C). Bei herkömmlichen Zigaretten ohne Verbrennungsvorgang gelingt es nicht das Nikotin ausreichend rasch von seiner Anlagerung an festen Oberflächen von Trägerkörper und dergleichen in den Ansaugstrom zu bringen. Falls es jedoch nicht gelingt bei einem typischen Raucherverhalten das Nikotin mittels einer verbrennungslosen Zigarette in gewohnten Mengen freizusetzen und zur Inhalation bereitzustellen, fehlt die vom Raucher gewünschte Wirkung und die Akzeptanz eines solchen Produkts leidet trotz der gesundheitlichen Vorteile aufgrund der Abwesenheit krebserregender Stoffe.

Es ist daher das Ziel der Erfindung eine verbrennungslose Zigarette bereitzustellen, bei der das Nikotin ausreichend rasch von seiner Anlagerung an festen Oberflächen in den Ansaugstrom gebracht werden kann, sodass die vom Raucher beabsichtigte Wirkung der Nikotinaufnahme herkömmlicher Zigaretten durch Inhalation in geeigneter Weise reproduziert werden kann.

Dieses Ziel wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf eine verbrennungslose Zigarette bestehend aus einer Hülse, auf dessen Innenmantel eine Nikotinlösung aufgebracht ist, wobei erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass die Hülse an einem ihrer beiden Enden mit einer teilweise luftdichten Ansaugbremse verschlossen ist und die Nikotinlösung aus einer in 75-105 μl Ethanol gelösten Menge von 0.8-1.2 mg Nikotin besteht, wobei die Nikotinlösung als eine zumindest partielle Benetzung des Innenmantels aufgebracht ist. Die erfindungsgemäße Zigarette entspricht in ihren Abmessungen herkömmlichen Zigaretten, wie noch näher ausgeführt werden wird, und imitiert in ihrem Aufbau mit der an einem Ende angeordneten Ansaugbremse auch jenen einer herkömmlichen Zigarette. Die Ansaugbremse dient im Gegensatz zum Filter herkömmlicher Zigaretten aber nicht der Filterung des angesaugten Luftstroms, sondern dem Erzeugen eines Strömungswiderstandes innerhalb der ansonsten leeren Hülse, die den Ansaugwiderstand einer herkömmlichen Zigarette imitieren soll, sowie dem Unterbinden axialer Luftströme während der Lagerung. Freilich kann die Ansaugbremse aber auch aus einem herkömmlichen Zigarettenfilter gebildet sein, der Nikotin an sich nicht filtert.

Erfindungsgemäß wird das Nikotin als Nikotinlösung einer in 75-105 μl Ethanol gelösten Menge von 0.8-1.2 mg Nikotin auf den Innenmantel der Hülse aufgebracht, vorzugsweise als Nikotinlösung einer in 100 μl Ethanol gelösten Menge von 1 mg Nikotin. Nikotin ist in Ethanol gut löslich. Entscheidend für die Anwendbarkeit einer solchen Lösung für verbrennungslose Zigaretten ist allerdings das Verdunstungsverhalten der Lösung von Nikotin in Ethanol, das wiederum von der relativen Mengenverteilung abhängt. Wie im Weiteren noch näher ausgeführt werden wird konnten die Anmelder zeigen, dass eine erfindungsgemäße Lösung bei Applizieren periodischer Luftströme durch Ansaugen, wie sie dem typischen Raucherverhalten entsprechen, eine Freisetzung des Nikotins von der Anhaftung am Innenmantel in den Luftstrom in akkumulierten Mengen von 250-800 μg innerhalb der für ein typisches Raucherverhalten entsprechenden Zeiten von 10-20min sicherstellt. Das Ethanol ermöglicht dabei eine Ko-Verdunstung von Nikotin mit Ethanol, indem Ethanol das ansonsten schwer verdunstende Nikotin in die Gasphase mobilisiert.

Entscheidend hierfür hat sich auch die Oberflächenbeschaffenheit des Innenmantels erwiesen, die erfindungsgemäß eine zumindest partielle Benetzung des Innenmantels durch die Nikotinlösung sicherstellen muss. Die Benetzbarkeit einer Oberfläche durch eine Flüssigkeit wird durch den Kontaktwinkel (auch als „Benetzungswinkel" bezeichnet) charakterisiert, der jenen Winkel bezeichnet, den ein Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche des Festkörpers bildet. Die Form, die der Flüssigkeitstropfen auf einer Oberfläche annimmt, hängt von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und der Beschaffenheit der Oberfläche ab. An der Grenze zwischen dem Flüssigkeitstropfen und der gasförmigen Umgebung bewirkt die Oberflächenspannung eine gekrümmte Kontur. Am Rand des Flüssigkeitstropfens, wo die Kontur in die feste Oberfläche übergeht, bildet sich zwischen der Grenzfläche flüssig/fest und der Tangente an die Grenzfläche flüssig/gasförmig der Kontaktwinkel aus. Verläuft die Flüssigkeit gleichmäßig auf der festen Oberfläche, liegt vollständige Benetzung mit einem Kontaktwinkel von 0° vor. Liegt der Kontaktwinkel zwischen 0° und 90°, ist die Oberfläche partiell benetzbar. Ein Winkel zwischen 90° und 180° bedeutet, dass die Oberfläche nicht benetzbar ist. Der Innenmantel der erfindungsgemäßen Zigarette muss partiell benetzbar sein, also einen Kontaktwinkel mit der benetzenden Flüssigkeit von unter 90° aufweisen. Vorzugsweise wird die Nikotinlösung als eine zumindest partielle Benetzung des Innenmantels mit einem Kontaktwinkel von maximal 75° aufgebracht . Eine Möglichkeit hierfür besteht darin die Hülse aus Bagasse zu fertigen. Als Bagasse werden faserige Rückstände bezeichnet, die vor allem bei der Verarbeitung von Zuckerrohr anfallen und in letzter Zeit als Kunststoffersatz in der Lebensmittelindustrie Verwendung gefunden haben, weil sie sich zu fett- und wasserundurchlässige Verpackungen verarbeiten lassen. Im Rahmen der Erfindung lassen sich Hülsen fertigen, indem Bagasse mit Wasser zu einem Brei vermengt wird, der zu Hülsen geformt und getrocknet wird. Nach der Trocknung werden die Hülsen an ihrem Außenmantel mit Melaminharzen oder biologisch abbaubarem PLA (Polylactic Acid, Polymilchsäure) beschichtet, um die Wasserundurchlässigkeit herzustellen. Am Innenmantel weisen die Hülsen die erfindungsgemäß geforderte Benetzbarkeit auf. Zudem sind die so gefertigten Hülsen biologisch abbaubar und können somit leicht entsorgt werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Hülse aus Glas zu fertigen, wobei der Innenmantel zur Sicherstellung eines Kontaktwinkels von maximal 90° aufgeraut ausgeführt ist. Glas kann für dieselbe Anwendung wiederverwendet werden, indem es beispielsweise über ein Pfandsystem gesammelt, gereinigt und sterilisiert wird, oder es kann für eine andere Anwendung wiederverwendet werden, beispielsweise durch Abgabe in Glassammelcontainer.

Eine weitere kostengünstige Fertigungsmöglichkeit für die Hülse besteht darin, die Hülse aus einem in FFF (Fused Filament Fabrication)-Fertigungsverfahren auftragbaren Kunststoff zu fertigen. Bei FFF-Verfahren (auch als Fused Deposition Modeling bezeichnet) handelt es sich um additive Fertigungsverfahren („3D-Druck"), bei dem ein Kunststoff in geschmolzener Form schichtweise auf einer Bauplattform aufgetragen wird. Hierfür werden als Kunststoff vor allem PLA und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat) sowie PETG verwendet. PETG ist ein mit Glykol modifiziertes Polyethylenterephtalat (PET), das sich durch seine besonders hohe Transparenz und niedrige Viskosität auszeichnet. Diese Kunststoffe werde als Kunststoffdraht („Filament") in eine beheizte Düse eingezogen und aufgeschmolzen. Das aufgeschmolzene Kunststoffmaterial wird zur Fertigung einer erfindungsgemäßen Hülse automatisiert Schicht für Schicht entsprechend der Hülsengeometrie appliziert und ausgehärtet. Die so gefertigten Polymerhülsen weisen am Innenmantel die erfindungsgemäß geforderte Benetzbarkeit auf.

Hinsichtlich der Hülsengeometrie wird vorgeschlagen, dass der von der Nikotinlösung zumindest partiell benetzte Innenmantel eine Oberfläche von 500-2000 mm², vorzugsweise eine Oberfläche von 1000 mm², aufweist. Auf diese Oberfläche wird die erfindungsgemäß vorgeschlagene Menge von 75-105 μl Ethanol auf den Innenmantel aufgetragen, wie noch näher ausgeführt werden wird. Hinsichtlich der Abmessung der Hülse wird vorgeschlagen, dass die Hülse zylindrisch ausgeführt ist und eine Länge von 50-100mm und einen Innendurchmesser von 3-6mm aufweist. Die Wandstärke der Hülse beträgt 1,5 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise 1,5 mm, damit eine genügend gute Festigkeit vorhanden ist um zu verhindern, dass die Chemikalien durch die Wand diffundieren .

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Nikotinlösung Aromastoffe beigemengt sind. Nikotin ist in den hier verwendeten Mengen eine annähernd geschmacklose und geruchlose Substanz. Die Aromastoffe dienen dazu die inhalierte Nikotinlösung sensorisch erfahrbar zu gestalten, um einerseits den Konsumgenuss zu erhöhen aber andererseits dem Konsumenten auch den vollständigen Verbrauch der Nikotinlösung einer Zigarette anzuzeigen. Im Unterschied zu herkömmlichen Zigaretten, die durch Abbrennen ein rasches Ende finden, bleibt die erfindungsgemäße Zigarette abgesehen vom Verbrauch der aufgetragenen Nikotinlösung physisch intakt. Zudem eignet sich die erfindungsgemäße Zigarette für eine Nikotinabgabe über einen tendenziell längeren Zeitraum als bei einer herkömmlichen Zigarette, wie noch näher ausgeführt werden wird, nämlich für etwa 100 Züge, was bei einer angenommenen Pause von 10 Sekunden zwischen den einzelnen Zügen einer gesamten Konsumationsdauer von etwa 15 Minuten entspricht. Während dieser etwa 100 Züge verdunstet die gesamte Menge der am Innenmantel aufgebrachten Nikotinlösung und somit auch der Aromastoffe. Entscheidend hierfür ist, dass die Anwesenheit der Aromastoffe die Ko-Verdunstung von Nikotin mit Ethanol nicht störend beeinflusst, was durch die Anmelder für eine Reihe von Aromastoffen gezeigt werden konnte, wie noch näher ausgeführt werden wird.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das für die Nikotinlösung verwendete Nikotin einen pH-Wert im basischen Bereich aufweist. Der pH-Wert von Zigarettenrauch von herkömmlichem Zigarettentabak liegt im Bereich von 6.3-5.6, also im sauren Bereich. Das vorzugsweise im Rahmen der Erfindung vorgeschlagene Nikotin der Nikotinlösung mit einem pH-Wert im basischen Bereich entspricht eher Zigarren- oder Pfeifentabak, der aus Blättern gewonnen wird, die im unreifen Zustand geerntet werden. Der pH-Wert von Zigarrenrauch von herkömmlichem Zigarrentabak liegt im Bereich von 8.0-8.6, also im basischen Bereich. Die Aufnahme freien Nikotins aus einem solchen alkalischen Rauch erfolgt gut über Schleimhäute. Durch die Verwendung von Nikotin mit einem pH-Wert im basischen Bereich wird dieser Effekt genutzt und die Wirkung von Zigarren- oder Pfeifentabak nachgeahmt.

Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen die

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zigarette,

Fig. 2 experimentelle Ergebnisse zur kumulativ von einem Luftstrom innerhalb einer Hülse aufgenommenen Nikotinmenge in μg über die Anzahl der simulierten Züge, wobei die Hülse aus einem in FFF (Fused Filament Fabrication)- Fertigungsverfahren auftragbaren PETG gefertigt ist,

Fig. 3 experimentelle Ergebnisse zur kumulativ von einem Luftstrom innerhalb einer Hülse gemäß Fig. 2 aufgenommenen Ethanolmenge (unkalibiriert) über die Anzahl der simulierten Züge, und die Fig. 4 experimentelle Ergebnisse zur kumulativ von einem Luftstrom innerhalb einer Hülse aufgenommenen Nikotinmenge in pg über die Anzahl der simulierten Züge, wobei die Hülse aus Glas gefertigt ist, deren Innenmantel zur Sicherstellung eines Kontaktwinkels von maximal 90° aufgeraut ausgeführt ist.

Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zigarette zeigt. Die erfindungsgemäße Zigarette ähnelt in ihren Abmessungen einer herkömmlichen Tabak-Zigarette und weist eine zylindrisch ausgeführte Hülse 1 mit einer Länge von 50-100mm und einem Innendurchmesser von 3- 6mm auf. Der Innenmantel la der Hülse 1 weist eine Oberfläche von 500-2000 mm², vorzugsweise eine Oberfläche von 1000 mm², auf. Der Außenmantel 1b der Hülse 1 kann mit lebensmittelechter Farbe eingefärbt sein, um der Hülse 1 beispielsweise eine weiße Farbe zu verleihen. Die Wandstärke der Hülse 1 beträgt 1,5 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise 1,5 mm, damit eine genügend gute Festigkeit vorhanden ist um zu verhindern, dass die Chemikalien durch die Wand diffundieren.

An ihrem ersten Ende ist die Hülse 1 mit einer teilweise luftdichten Ansaugbremse 2 verschlossen, die beispielsweise als herkömmlicher Zigarettenfilter ausgeführt ist. Die Ansaugbremse 2 stellt einen Ansaugwiderstand dar, der die Luftstromgeschwindigkeit innerhalb der Hülse 1 reduziert, sodass die Kontaktzeit zwischen dem Luftstrom und dem Innenmantel la erhöht wird. Zudem wird dem Raucher der gewohnte Ansaugwiderstand geboten. Die angesaugte Luft gelangt über die Öffnung am entgegengesetzten, zweiten Ende der Hülse 1 in das Innere der Hülse 1, zieht in axialer Richtung durch den Innenraum der Hülse 1 in Richtung der Ansaugbremse 2 und durch die Ansaugbremse 2 hindurch, bis sie am freien Ende der Ansaugbremse die erfindungsgemäße Zigarette verlässt. Alternativ kann die Ansaugbremse 2 auch als ein fester, zylinderförmiger Ansaugstöpsel mit einem kegelförmigen Kanal aus biologisch abbaubarem Kunststoff ausgebildet sein, der im Inneren einen kegelförmigen Luftkanal aufweist, der sich zur Ansaugöffnung hin verjüngt und an beiden Enden offen ist. Das offene, zweite Ende der erfindungsgemäßen Zigarette kann mit einer Siegelfolie verschlossen sein, um während der Lagerung ein Entweichen der Nikotinlösung zu unterbinden. Eine solche Siegelfolie müsste vor der Verwendung entfernt werden. Die Anmelder haben hingegen festgestellt, dass der Verschluss des zweiten, offenen Endes der Zigarette auch unterbleiben kann, weil das Entweichen verdunsteter Nikotinlösung unter den gegebenen geometrischen Bedingungen vernachlässigbar ist, insbesondere wenn erfindungsgemäße Zigaretten in einer luftdichten Verpackung verschlossen gelagert sind. Offensichtlich ist der Luftaustausch der einseitig verschlossenen Hülse 1 mit der Umgebung ausreichend gering, sodass sich innerhalb der Hülse 1 rasch eine Sättigung verdunsteter Nikotinlösung einstellt, die ein weiteres Verdunsten der Nikotinlösung unterbindet.

Auf die Oberfläche des Innenmantels la wird eine Menge von 15- 105 μl Ethanol, die mit einer Menge von 0.8-1.2 mg Nikotin versetzt ist, aufgetragen. Das Aufträgen der Nikotinlösung auf den Innenmantel la kann etwa mithilfe einer Dosier- und Sprühnadel erfolgen, die über ihre axiale Länge eine Vielzahl an Löchern oder Düsen aufweist. Mit einer solchen Dosier- und Sprühnadel ist es möglich mit einem Sprühstoß den gesamten Innenmantel la der Hülse 1 mit der Nikotinlösung zu benetzen.

Die ausreichende Mobilisierung und Mitnahme des aufgebrachten Nikotins durch einen periodischen Luftstrom, wie er einem typischen Raucherverhalten entspricht, wurde durch die folgenden Untersuchungen gezeigt.

Experimenteller Nachweis:

Zunächst wurde die Ko-Verdampfung von Nikotin und Ethanol nachgewiesen und quantifiziert, wobei eine Nikotinlösung von 1mg Nikotin in 100μl Ethanol verwendet wurde. Die Verdunstung sollte in einem Vorgang erfolgen, der einem typischen Rauchverhalten entspricht. Dazu wurde ein Raucher gebeten, an einem Röhrchen, welches mit einem Messzylinder verbunden war zu saugen, so wie er an einer Zigarette saugen würde. Dieses Experiment wurde mit einer Raucherin wiederholt. Beide Personen wiederholten den Vorgang zumindest fünfmal. Dabei zeigte sich, dass typische Züge dieser Personen Volumina von ca. 40-80ml Volumen hatten. Befragung der Personen ergab, dass zwischen den Zügen an einer normalen Zigarette bei Ihnen ca. 10-40 Sekunden liegen.

Um dieses Raucherverhalten reproduzierbar für Laboruntersuchungen nachbilden zu können wurde ein Messaufbau entwickelt, in welchem durch ein Röhrchen, das in seinen Abmessungen einer erfindungsgemäßen Zigarette entsprach und dessen Innenmantel la mit einem 100μl Ethanol-Nikotingemisch mit Img/lOOμl Nikotin benetzt war, Luft zyklisch gesaugt wurde, wobei die „Ausatmung" nicht durch das Röhrchen erfolgte. Diese mit einem Nikotin-Ethanol-Gemisch beschickten Röhrchen werden in weiterer Folge als Verdunsterröhrchen bezeichnet. In einem ersten Versuch waren die Verdunsterröhrchen über ein FFF (Fused Filament Fabrication)- Fertigungsverfahren aus PETG gefertigt. Die Fertigung dieser Verdunsterröhrchen erfolgte mit einem handelsüblichen „Ultimaker 2+" 3D-Drucker mit einer Nadelspitze von 0.25 mm. Die Schichtdicke der aufgetragenen Kunststoffschichten betrug dabei zwischen 60-150μm.

Der Messaufbau erlaubte es ferner mit einem den Aufbau steuernden Mikrocontroller eine variable Zeitspanne zwischen den Zügen als Pause zu programmieren. Das Saugen erfolgte über zwei parallel geschaltete 50ml-Spritzen, die durch einen Linearmotor angetrieben wurden. Durch ein Umschaltventil konnte Luft aus dem Verdunsterröhrchen durch ein Adsorberröhrchen (Tenax-Röhrchen) und einen Alkoholsensor sowie einen UV-Sensor gesaugt werden. Das Umschaltventil schaltete den Weg durch die Röhrchen ab und erlaubte ein Entleeren der Spritzen an die Umgebungsluft.

Die Adsorberröhrchen waren mit Tenax gefüllt. Tenax ist der Markenname von Poly (2,6-diphenyl-p-phenylenoxid), ein polymeres Adsorberharz, das als Kolonnenpackungsmaterial für die Gaschromatographie verwendet wird, da Stoffe wie Nikotin praktisch vollständig an das Harz adsorbieren, wenn die Stoffmenge deutlich unter der Bindungskapazität liegt. Durch Erhitzung können die Stoffe in weiterer Folge desorbiert und so in Gasphase einem Massenspektrometer zur weiteren Analyse zugeführt werden. Die Tenax-Röhrchen (17,8 cm) wurden mit einem "Gerstel TDS 3" mit einem "TDS A2" Autosampler analysiert, wobei typischerweise ein Split von 20:1 oder 5:1 gefahren wurde. Die zu untersuchenden Moleküle werden dabei durch Erhitzen in einer Inertgas-Atmosphäre bei Unterdrück in die Gasphase überführt (Desorption) und ionisiert. Die Ionen werden anschließend durch ein elektrisches Feld beschleunigt und einem Analysator zugeführt, der sie nach ihrem Masse-zu- Ladung-Verhältnis m/z auftrennt. Die Moleküle können dabei fragmentiert werden, was zu unterschiedlichen Peaks im Spektrogramm führen kann.

Die sich ergebenden Chromatogramme zeigten eindeutige Nikotin- Peaks, die durch das Nikotin-typische Verhältnis m/z bei 133 und 162 quantifiziert wurden. In den entsprechenden m/z- Bereichen waren keine Einflüsse durch Methanol oder Spuren anderer organischer Verbindungen zu finden. Dabei wurden insgesamt 30 Ansaugvorgänge durchgeführt und angesaugte Luft der Züge 1-3, 3-5, 5-10, 10-20 und 20-30 gesammelt chromatographisch analysiert.

Da ein Maß für die Menge des Stoffes die integrale Fläche unter der Kurve eines Peaks ist, wurden zur weiteren Analyse die Peaks integriert und so die Flächen bestimmt. Zur Kalibrierung wurden Glasröhrchen mit bekannten Mengen Nikotin beschickt und diese ebenfalls in der Thermodesorbtion vermessen. Aus den Verhältnissen der Flächen der Peaks der Kalibriermessungen zu den Flächen der eigentlichen Versuche konnte die reale, tatsächliche Stoffmenge abgeschätzt werden.

Die Versuche ergaben, dass bei 30 Zügen ca. 20μg Nikotin freigesetzt wurden. Man erkennt im zeitlichen Verlauf, dass die Kurve der kumulativen Nikotinmenge nach 30 Zügen immer noch ansteigt. Daher wurden weitere Versuche mit größeren Anzahlen von Zügen durchgeführt. Außerdem wurde der Verlauf der Alkoholmenge, die verdunstete, mit dem integrierten Alkoholsensor quantifiziert, wobei keine Absolutmessung erfolgte. Da aber eine bekannte Menge von 100μl eingesetzt wurde, kann die exakte Quantifizierung unterbleiben. In der Fig. 2 ist der gemessene Verlauf der kumulativen Nikotinmenge dargestellt, und in der Fig. 3 der gemessene Verlauf der kumulativen Alkoholmenge, wobei die Alkoholmenge nur in beliebigen Einheiten („arbitrary units", a.u.) angegeben wurden, da hier wie erwähnt keine exakte Kalibrierung erfolgte.

In den beschriebenen Messungen wurde eine Pausenzeit von 10s zwischen den einzelnen Zügen programmiert, so dass in 10 Minuten 60 Züge durchgeführt wurden.

Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, wurde Nikotin über 150 Züge abgegeben, wobei die Abgabe einer biphasischen (sigmoiden) Kurve zu folgen scheint. Wie der Fig. 3 entnommen werden kann, wurde Alkohol ebenfalls sigmoidal abgegeben, allerdings deutlich schneller. Offensichtlich ist die Nikotin-Abgabe konzentrationsabhängig. Die Gesamtmenge des in der Zeit abgegebenen Nikotins beträgt ca. 75% der eingesetzten Menge.

Diese Messungen erfolgten wie erwähnt mit 3D-gedruckten Polymerröhrchen als Verdunsterröhrchen, welche eine relativ poröse Wandstruktur hatten. Da anzunehmen ist, dass die poröse Wandstruktur die Verdunstung aufgrund der Kapillareffekte und der damit verringerten exponierten Oberfläche verzögerte, wurden die Untersuchungen mit aufgerauten Glasröhrchen wiederholt. Dazu wurden handelsübliche Pasteur-Pipetten mit Hilfe eines Glasschneiders abgelängt und mit einem Schleifaufsatz eines Dremel angeschliffen. Diese Rauigkeit führte zu einer Verringerung des Kontaktwinkels unter 90° und somit zu einem Spreiten der Nikotin-Ethanol-Mischung in dem Glasröhrchen. Dies führte dazu, dass bereits nach 80 Zügen, also ca. 14 Minuten, Ethanol und Nikotin zur Gänze abgegeben wurden, wie in der Fig. 4 ersichtlich ist.

Die hier vorgestellten Ergebnisse passen gut zu früheren Studien der Anmelder, bei denen die Restmengen von Nikotin in Röhrchen bestimmt wurden, in welchen eine Alkohol-Nikotin- Lösung verdampft wurde. Dabei zeigte sich, dass nur sehr geringe Restmengen nachweisbar waren. Zulllletzt wurde der Einfluss von Aromastoffen auf die Ko- Verdunstung von Nikotin mit Ethanol untersucht. Hierfür wurden in unterschiedlichen Versuchsreihen die folgenden Aromastoffe dem Nikotin-Ethanol-Gemisch beigemengt: „Rauch-Aroma" (Produktnr.: 01400238), „Schokolade-Aroma" (Produktnr.: 01602888), „Tee-Aroma" (Produktnr.: 628/19A), „Kaffee-Aroma" (Produktnr.: 01602932) und „Akrastevia XI" (Produktnr.: 86600108). Von jeder dieser Lösungen wurden 10p! entnommen und diese Mischung wurde so lange mit Ethanol verdünnt, bis nur mehr ein schwacher (erträglicher) Sinneseindruck subjektiv festzustellen war. 100μι dieser Mischung wurden in ein Verdunsterröhrchen zusammen mit 100μι der Nikotin-Ethanol- Lösung gegeben, wobei darauf geachtet wurde, dass sich diese Lösungen nicht mischten. Danach wurden 150 Züge mit der Apparatur durchgeführt und die Adsorberröhrchen anschließend mit Methanol eluiert. Als Kontrolle wurde das Experiment auch ohne Aromastoffe durchgeführt. Die Methanol-Eluate wurden danach auf eine Alox-RP18-Dünnschichtchromatographie-Platte (Alugram-RP18) appliziert. Nach Trocknung erfolgte ein Kapillarkraft-getriebener Lauf mit Methanol als Laufmittel. Die unter UV-Beleuchtung sichtbaren Nikotinbanden unterschieden sich nicht sichtbar zwischen den Proben mit Aromastoffen und jenen ohne. Diese Vorgehensweise wurde gewählt, da die Aromastoffe nicht genau spezifiziert und quantifiziert waren und eine Verunreinigung der Thermodesorbtions-Anlage vermieden werden sollte.

Nikotin-Ethanol-Verdunstungsmessungen wurden mit den 3D- gedruckten Verdunsterröhrchen zumindest 3-mal wiederholt und zeigten konsistente Ergebnisse. Die Messungen mit reduzierter Verdunstungszeit durch aufgeraute Glasoberflächen und jene mit Aromastoffen wurden je zweimal durchgeführt und zeigten ebenfalls konsistente Ergebnisse.

Diese experimentellen Untersuchungen zeigen, dass durch intermittierende, stoßweise Belüftung eines Röhrchens, in welchem eine Nikotin-Ethanol-Lösung mit lmg/100μl gespreitet ist, signifikante Mengen von Nikotin in die Gasphase überführt und abtransportiert werden können. Bei einem 3D-gedruckten porösen Kunststoffröhrchen als Träger konnte über 30 Minuten ca. 750μg Nikotin (appliziert war 1mg) abgegeben werden. Diese Ko-Verdunstung von Ethanol und Nikotin wurde auch nicht merklich durch Aromastoffe beeinflusst. Durch geeignete Wahl der Oberfläche des Verdunsterröhrchens kann die Geschwindigkeit der Verdunstung in einem gewissen Rahmen beeinflusst werden. Im vorliegenden Fall bei einem aufgerauten Glasröhrchen konnte bei einer Inhalationsfrequenz von einem „Zug" pro 10 Sekunden über einen Zeitraum von etwa 15 Minuten Nikotin abgegeben werden, wobei auch hier ca. 70% des ursprünglich applizierten Nikotins in der Gasphase nachgewiesen werden konnten.

Somit konnten die Anmelder zeigen, dass eine erfindungsgemäße Lösung bei Applizieren periodischer Luftströme durch Ansaugen, wie sie dem typischen Raucherverhalten entsprechen, eine Freisetzung des Nikotins von der Anhaftung am Innenmantel la in den Luftstrom in akkumulierten Mengen von 250-800 μg innerhalb der für ein typisches Raucherverhalten entsprechenden Zeiten von 10-20min sicherstellt. Die erfindungsgemäße Zigarette reproduziert in ihrer Nikotinabgabe somit die Eigenschaften einer herkömmlichen Zigarette, indem das Nikotin während des üblichen Ansaugvorganges in ausreichender Menge von dem sich innerhalb der Hülse 1 einstellenden Luftstrom aufgenommen wird und für eine Inhalation zur Verfügung steht. Das Ethanol ermöglicht dabei eine Ko-Verdunstung von Nikotin mit Ethanol, indem Ethanol das ansonsten schwer verdunstende Nikotin in die Gasphase mobilisiert. Die erfindungsgemäße Zigarette kann zudem uneingeschränkt konsumiert werden, also etwa auch in Cafes, Bars oder Restaurants, aber auch in Bahnhöfen oder Flugzeugen und ist konform mit Nichtrauchergesetzen, da weder gesundheitsschädigender Tabakverbrennungsrauch, noch irgendeine Form von Verglimmen wie bei Tabakerhitzern oder Dampf wie bei E-Zigaretten oder E-Shishas abgegeben wird.

Claims

Patentansprüche:

1.Verbrennungslose Zigarette bestehend aus einer Hülse (1), auf dessen Innenmantel (la) eine Nikotinlösung aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) an einem ihrer beiden Enden mit einer teilweise luftdichten Ansaugbremse (2) verschlossen ist und die Nikotinlösung aus einer in 75-105 μl Ethanol gelösten Menge von 0.8-1.2 mg Nikotin besteht, wobei die Nikotinlösung als eine zumindest partielle Benetzung des Innenmantels (la) aufgebracht ist.

2.Verbrennungslose Zigarette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nikotinlösung aus einer in 100 pl Ethanol gelösten Menge von 1 mg Nikotin besteht.

3.Verbrennungslose Zigarette nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nikotinlösung als eine zumindest partielle Benetzung des Innenmantels (la) mit einem Kontaktwinkel von maximal 75° aufgebracht ist.

4.Verbrennungslose Zigarette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) aus Bagasse gefertigt ist.

5.Verbrennungslose Zigarette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) aus Glas gefertigt ist, wobei der Innenmantel (la) zur Sicherstellung eines Kontaktwinkels von maximal 90° aufgeraut ausgeführt ist.

6.Verbrennungslose Zigarette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) aus einem in FFF (Fused Filament Fabrication)- Fertigungsverfahren auftragbaren Kunststoff gefertigt ist.

7.Verbrennungslose Zigarette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Nikotinlösung zumindest partiell benetzte Innenmantel (la) eine Oberfläche von 500-2000 mm² aufweist. 8 Verbrennungslose Zigarette nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Nikotinlösung zumindest partiell benetzte Innenmantel (la) eine Oberfläche von 1000 mm² aufweist. 9 Verbrennungslose Zigarette nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) zylindrisch ausgeführt ist und eine Länge von 50-100mm und einen Innendurchmesser von 3-6mm aufweist. 10. Verbrennungslose Zigarette nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Nikotinlösung Aromastoffe beigemengt sind. 11. Verbrennungslose Zigarette nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Nikotinlösung verwendete Nikotin einen pH-Wert im basischen Bereich aufweist.