E-Zigaretten sind im Prinzip nichts anderes als Inhalatoren: Durch das Verdampfen von Flüssigkeiten lassen sie atembare Aerosole entstehen. Wie sich das für medizinische Zwecke nutzen lassen könnte, prüfen Forscher der Fachhochschule Südwestfalen und der University of Canterbury aus Christchurch in Neuseeland.
„Interessant ist die Technologie der thermischen Aerosolgewinnung vor allem, weil die Geräte durch Massenproduktion günstig sind und die Dosierung gut kontrollierbar ist“, erklärt Prof. Dr. Patrick Scheunemann. Der Maschinenbauprofessor aus Meschede untersucht die Aerosolbildung in den Geräten. Im Labor beobachtet Scheunemann mit einer Hochgeschwindigkeitskamera die Stoffübertragung, Wärmeverteilung und Strömung in Inhalatoren. Die Erkenntnisse überträgt er in strömungsmechanische Simulationsmodelle. Seine Kollegen in Neuseeland erforschen den anschließenden Eintrag der Aerosole in die menschlichen Atemwege.
Auf Basis von MRT-Aufnahmen menschlicher Lungen haben die Forscher Simulationsmodelle für verschiedene Lungen-Geometrien aufgestellt. So können sie die Aerosolverteilung beispielsweise in männlichen oder weiblichen Lungen oder in verschiedenen Altersgruppen analysieren.
Mit den Geräten für E-Zigaretten Wirkstoffe verabreichen
„Je kleiner die im Inhalator gebildeten Tröpfchen, desto tiefer können sie grundsätzlich in die Lunge eindringen“, verdeutlicht Scheunemann. So lässt sich über die Tröpfchengröße regulieren, ob Wirkstoffe im Mund, Rachen oder in den Bronchien abgesetzt werden. Hier hätten thermische Inhalatoren Vorteile gegenüber mechanischen Sprays – sofern die Wirkstoffe robust genug sind, um den Schritt der Verdampfung zu überstehen.
„Unsere Forschungen drehen sich um die Frage, wie man bestimmte Tröpfchengrößen erreicht, die in den Atemwegen zu sinnvollen Stellen transportiert werden“, so Scheunemann. Über Mikrocontroller sei bei elektrischen Inhalatoren zudem die Dosierung kontrollier- und steuerbar. So ließen sich Fehldosierungen oder Unfälle beispielsweise mit Kindern vermeiden.
Das Forschungsteam hat seine Erkenntnisse zu Kondensation, Tröpfchenwachstum und umgebender Luftströmung in thermischen Inhalatoren auf einer Tagung der australischen University of Queensland vorgestellt. Die Ergebnisse sind auch veröffentlicht unter dem Titel „Aerosol Generation by Condensation in Laminar Boundary Layers for Inhalers“.
Autoren sind Patrick Scheunemann, David Schadow, Paul Stephenson und Mark Jermy. Der Beitrag ist online verfügbar: https://espace.library.uq.edu.au/view/UQ:da61a47
