JP2013254724A - Enzyme ink, enzyme fuel cell and electronic apparatus - Google Patents

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JP2013254724A JP2012261038A JP2012261038A JP2013254724A JP 2013254724 A JP2013254724 A JP 2013254724A JP 2012261038 A JP2012261038 A JP 2012261038A JP 2012261038 A JP2012261038 A JP 2012261038A JP 2013254724 A JP2013254724 A JP 2013254724A
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洋樹 三田
Kenichi Murata
賢一 村田
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貴晶 中川
Tunetoshi Sagawa
恒俊 寒川
Hideyuki Kumita
英之 汲田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an enzyme ink which allows for production of an enzyme electrode that can use a hydrophilic enzyme and a promoter molecule while mixing them uniformly, and can obtain a high current density by direct electron transfer reaction, while suppressing elution of the promoter molecule, and to provide a production method of an enzyme electrode using the enzyme ink, and an enzyme fuel cell using an enzyme electrode produced using the enzyme ink.SOLUTION: The enzyme ink contains carbon particles, a hydrophilic binder, an oxidoreductase, a promoter molecule promoting electron transition between the carbon particles and oxidoreductase, and a solvent containing at least water. An enzyme electrode 13 is produced by applying or printing the enzyme ink 12 onto a substrate 11. The enzyme electrode 13 is used as a positive electrode or a negative electrode of an enzyme fuel cell.

Description

本開示は、酵素インク、酵素燃料電池および電子機器に関する。より詳細には、本開示は、例えば、酵素電極の製造に用いて好適な酵素インク、この酵素インクを用いて製造された酵素電極を有する酵素燃料電池およびこの酵素燃料電池を電源に用いた各種の電子機器に適用して好適なものである。   The present disclosure relates to enzyme inks, enzyme fuel cells, and electronic devices. More specifically, the present disclosure relates to, for example, an enzyme ink suitable for use in manufacturing an enzyme electrode, an enzyme fuel cell having an enzyme electrode manufactured using the enzyme ink, and various types using the enzyme fuel cell as a power source. It is suitable for application to electronic equipment.

近年、酵素を用いた酵素燃料電池(バイオ燃料電池ともいう。)が注目されている(例えば、特許文献1〜12参照。)。この酵素燃料電池は、燃料を酵素により分解してプロトン(H+ )と電子とに分離するもので、燃料としてメタノールやエタノールなどのアルコール類あるいはグルコースなどの単糖類あるいはデンプンなどの多糖類を用いたものが開発されている。 In recent years, enzyme fuel cells using enzymes (also referred to as biofuel cells) have attracted attention (see, for example, Patent Documents 1 to 12). In this enzyme fuel cell, fuel is decomposed by an enzyme and separated into protons (H + ) and electrons. As fuel, alcohols such as methanol and ethanol, monosaccharides such as glucose, or polysaccharides such as starch are used. What has been developed.

酵素燃料電池は、酵素−電極間の電子移動反応にメディエータを使うか使わないかでメディエータ型と直接電子移動型とに分類される。メディエータ型の酵素燃料電池は、高電流密度が見込める一方で、メディエータが溶出することによる正極(カソード)−負極(アノード)間のクロスオーバーと、それによる出力低下とが問題となる。直接電子移動型の酵素燃料電池は、電流密度が低いものの、クロスオーバーが起こりにくい。従って、直接電子移動型の酵素燃料電池で高い電流密度を得ることが望ましい。   Enzyme fuel cells are classified into a mediator type and a direct electron transfer type depending on whether or not a mediator is used for an electron transfer reaction between an enzyme and an electrode. In the mediator type enzyme fuel cell, a high current density can be expected, but the crossover between the positive electrode (cathode) and the negative electrode (anode) due to the elution of the mediator, and the output decrease due to it, become problems. Although the direct electron transfer type enzyme fuel cell has a low current density, it does not easily cause crossover. Therefore, it is desirable to obtain a high current density with a direct electron transfer type enzyme fuel cell.

酸素の四電子還元を行うマルチ銅オキシダーゼの直接電子移動反応は、これまでに数多く報告されている。しかし、これらはいずれも電流密度が低いという問題がある。   Many direct electron transfer reactions of multi-copper oxidase that perform four-electron reduction of oxygen have been reported so far. However, both of these have the problem that the current density is low.

直接電子移動反応で高い電流値が得られる酵素としてCueO(copper efflux oxidase)(マルチ銅オキシダーゼの一種)が報告されている(特許文献13参照。)。しかし、CueOの酸化還元電位は低いため、電位のロスが大きいという問題がある。このため、高い酸化還元電位を持つビリルビンオキシダーゼやラッカーゼを用いて、高い電流値を得ることが望ましい。   CueO (copper efflux oxidase) (a type of multi-copper oxidase) has been reported as an enzyme that can obtain a high current value by direct electron transfer reaction (see Patent Document 13). However, since the redox potential of CueO is low, there is a problem that the potential loss is large. For this reason, it is desirable to obtain a high current value using bilirubin oxidase or laccase having a high redox potential.

ビリルビンオキシダーゼの直接電子移動反応において、ピロロキノリンキノン(PQQ)がビリルビンオキシダーゼの直接電子移動反応を促進するプロモータ分子として有効であることが知られている(非特許文献1参照。)。しかし、PQQ自身もメディエータ分子と同様に電極と可逆的に酸化還元反応を示すことがあるため、PQQの溶出が正極−負極間のクロスオーバーを引き起し、出力が低下する問題が起こりうる。   In the direct electron transfer reaction of bilirubin oxidase, pyrroloquinoline quinone (PQQ) is known to be effective as a promoter molecule that promotes the direct electron transfer reaction of bilirubin oxidase (see Non-Patent Document 1). However, since PQQ itself may reversibly react with the electrode in the same manner as the mediator molecule, elution of PQQ causes a crossover between the positive electrode and the negative electrode, which may cause a problem in that the output decreases.

ラッカーゼのプロモータ分子として、アントラセン誘導体が有効であることが知られている(非特許文献2〜6、特許文献14参照。)。この分子は電極と酸化還元反応を示さないため、クロスオーバーの問題はない。   Anthracene derivatives are known to be effective as laccase promoter molecules (see Non-Patent Documents 2 to 6 and Patent Document 14). This molecule shows no redox reaction with the electrode, so there is no crossover problem.

特開2000−133297号公報JP 2000-133297 A 特開2003−282124号公報JP 2003-282124 A 特開2004−71559号公報JP 2004-71559 A 特開2005−13210号公報JP 2005-13210 A 特開2005−310613号公報JP 2005-310613 A 特開2006−24555号公報JP 2006-24555 A 特開2006−49215号公報JP 2006-49215 A 特開2006−93090号公報JP 2006-93090 A 特開2006−127957号公報JP 2006-127957 A 特開2006−156354号公報JP 2006-156354 A 特開2007−12281号公報JP 2007-12281 A 特開2007−35437号公報JP 2007-35437 A 特開2008−64514号公報JP 2008-64514 A 国際公開第08/062216号International Publication No. 08/062216 特開2008−273816号公報JP 2008-273816 A

Electrochem.Commun.,10,2008,1691-1694Electrochem.Commun., 10,2008,1691-1694 Chem.Commun.,2007,1710-1712Chem.Commun., 2007,1710-1712 Faraday Discuss.,2008,140,319-335Faraday Discuss., 2008,140,319-335 Phys.Chem.Chem.Phys.,2010,12,10018-10026Phys.Chem.Chem.Phys., 2010,12,10018-10026 J. Phys. Chem. Lett. 2010,1,2251-2254J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1,2251-2254 ACS Catal.2011,1,1683-1690ACS Catal. 2011,1,1683-1690

しかし、アントラセン誘導体は、疎水性が高いため、水に不溶である。そのため、親水的な酵素とアントラセン誘導体とを均一に混和させて利用することができなかった。   However, since anthracene derivatives are highly hydrophobic, they are insoluble in water. For this reason, the hydrophilic enzyme and the anthracene derivative cannot be mixed uniformly and used.

そこで、本開示が解決しようとする課題は、親水的な酵素とプロモータ分子とを均一に混和させて利用することができ、直接電子移動反応で高い電流密度を得ることができ、しかもプロモータ分子の溶出を抑えることができる酵素電極を製造することが可能な酵素インクを提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present disclosure is that a hydrophilic enzyme and a promoter molecule can be mixed uniformly and used, and a high current density can be obtained by direct electron transfer reaction. An enzyme ink capable of producing an enzyme electrode capable of suppressing elution is provided.

本開示が解決しようとする他の課題は、直接電子移動反応で高い電流密度を得ることができ、プロモータ分子の溶出を抑えることができる酵素電極を用いた酵素燃料電池を提供することである。   Another problem to be solved by the present disclosure is to provide an enzyme fuel cell using an enzyme electrode capable of obtaining a high current density by direct electron transfer reaction and suppressing elution of promoter molecules.

本開示が解決しようとするさらに他の課題は、上記の酵素燃料電池を有する高性能の電子機器を提供することである。   Still another problem to be solved by the present disclosure is to provide a high-performance electronic device having the enzyme fuel cell described above.

上記課題およびその他の課題は、添付図面を参照した本明細書の以下の記述によって明らかとなるであろう。   The above and other problems will become apparent from the following description of the present specification with reference to the accompanying drawings.

上記課題を解決するために、本開示は、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、
少なくとも水を含む溶媒と
を含有する酵素インクである。
In order to solve the above problems, the present disclosure provides:
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
A promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the redox enzyme;
An enzyme ink containing at least a solvent containing water.

また、本開示は、
カーボン粒子と、親水性のバインダーと、酸化還元酵素と、上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含有する酵素インクを基板上に塗布または印刷する工程を有する酵素電極の製造方法である。
In addition, this disclosure
An enzyme ink containing carbon particles, a hydrophilic binder, an oxidoreductase, a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase, and a solvent containing at least water is placed on the substrate. It is the manufacturing method of the enzyme electrode which has the process of apply | coating or printing on.

また、本開示は、
カーボン粒子と、親水性のバインダーと、酸化還元酵素と、上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含有する酵素インクを基板上に塗布または印刷する工程を有する酵素反応利用装置の製造方法である。
In addition, this disclosure
An enzyme ink containing carbon particles, a hydrophilic binder, an oxidoreductase, a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase, and a solvent containing at least water is placed on the substrate. It is a manufacturing method of the enzyme reaction utilization apparatus which has the process of apply | coating or printing on.

ここで、酵素反応利用装置は、例えば、酵素燃料電池、バイオセンサー、バイオリアクターなどである。   Here, the enzyme reaction utilization apparatus is, for example, an enzyme fuel cell, a biosensor, a bioreactor, or the like.

また、本開示は、
カーボン粒子と、親水性のバインダーと、酸化還元酵素と、上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含有する酵素インクを基板上に塗布または印刷することにより製造される酵素電極を有する酵素反応利用装置である。
In addition, this disclosure
An enzyme ink containing carbon particles, a hydrophilic binder, an oxidoreductase, a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase, and a solvent containing at least water is placed on the substrate. It is an enzyme reaction utilization apparatus which has the enzyme electrode manufactured by apply | coating or printing on.

また、本開示は、
カーボン粒子と、親水性のバインダーと、酸化還元酵素と、上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含有する酵素インクを基板上に塗布または印刷することにより製造される酵素電極を有する酵素燃料電池を有する電子機器である。
In addition, this disclosure
An enzyme ink containing carbon particles, a hydrophilic binder, an oxidoreductase, a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase, and a solvent containing at least water is placed on the substrate. It is the electronic device which has the enzyme fuel cell which has the enzyme electrode manufactured by apply | coating or printing on.

また、本開示は、
正極と、
負極と、
上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、
上記正極が、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子とを有する酵素燃料電池である。
In addition, this disclosure
A positive electrode;
A negative electrode,
A proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode is
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
It is an enzyme fuel cell having a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase.

また、本開示は、
少なくとも一つの酵素燃料電池を有し、
上記酵素燃料電池は、
正極と、
負極と、
上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、
上記正極が、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子とを有する電子機器である。
In addition, this disclosure
Having at least one enzyme fuel cell;
The enzyme fuel cell is
A positive electrode;
A negative electrode,
A proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode is
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
An electronic device having a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase.

本開示において、プロモータ分子は、典型的には、カーボン粒子と結合する部位と酸化還元酵素と結合する部位とを有する。プロモータ分子とカーボン粒子または酸化還元酵素との間の結合は、この結合を介して電子移動が可能である限り、基本的にはどのような結合であってもよく、例えば、静電相互作用、ファンデルワールス相互作用、水素結合相互作用などのほか、共有結合であってもよい。プロモータ分子は、典型的には有機酸であり、好適には水に難溶な有機酸であるが、水溶性であってもよい。有機酸としては、好適には、例えば、カーボン粒子とππ結合(例えば、芳香環のπ電子とカーボン粒子表面のπ電子とのππ結合)するものを用いることができ、取り分け、芳香環や長鎖アルキルなどの疎水性部位を持つ化合物を用いることができる。有機酸は、最も好適には、カルボン酸である。カルボン酸は、少なくとも一つのベンゼン環を有する化合物、少なくとも一つの複素環を有する化合物、脂肪酸およびクエン酸からなる群より選ばれた少なくとも一種類である。カルボン酸は、例えば、アントラセン誘導体、ピレン誘導体またはナフタレン誘導体である。プロモータ分子としては、2,2’−アジノビス(3−エチルベンゾチアゾリン−6−スルホン酸)(ABTS)を用いてもよい。   In the present disclosure, the promoter molecule typically has a site that binds to carbon particles and a site that binds to oxidoreductase. The bond between the promoter molecule and the carbon particle or oxidoreductase may be basically any bond as long as electron transfer is possible through this bond, for example, electrostatic interaction, In addition to van der Waals interaction, hydrogen bond interaction, etc., a covalent bond may be used. Promoter molecules are typically organic acids, preferably organic acids that are sparingly soluble in water, but may be water soluble. As the organic acid, for example, an organic acid having a ππ bond with a carbon particle (for example, a ππ bond between a π electron of an aromatic ring and a π electron on the surface of the carbon particle) can be used. A compound having a hydrophobic site such as a chain alkyl can be used. The organic acid is most preferably a carboxylic acid. The carboxylic acid is at least one selected from the group consisting of a compound having at least one benzene ring, a compound having at least one heterocyclic ring, a fatty acid and citric acid. The carboxylic acid is, for example, an anthracene derivative, a pyrene derivative or a naphthalene derivative. As the promoter molecule, 2,2'-azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) may be used.

酸化還元酵素としては従来公知の各種の酵素を用いることができ、酵素電極を正極として用いるか負極として用いるかなどに応じて適宜選ばれる。   As the oxidoreductase, various conventionally known enzymes can be used, and are appropriately selected depending on whether the enzyme electrode is used as a positive electrode or a negative electrode.

酵素インクに含有される、少なくとも水を含む溶媒としては、好適には水を主成分とする溶媒が用いられ、典型的には水が用いられる。水以外の溶媒としては、例えば有機または無機の溶媒を用いることができる。   As a solvent containing at least water contained in the enzyme ink, a solvent mainly containing water is preferably used, and water is typically used. As a solvent other than water, for example, an organic or inorganic solvent can be used.

酵素電極、取り分け正極の耐熱性や電流密度の向上を図るなどの観点から、必要に応じて、酵素インクに少なくとも一種類の糖類を含有させてもよい。糖類としては、例えば、スクロース、トレハロース、マルトース、ラクトース、セルビオース、ラフィノース、メレジトース、マルトトリオース、スタキオース、マルトヘキサオース、シクロデキストリン、デキストリン、アラビトール、ソルビトール、キシリトールなどの糖類、あるいは糖アルコール、多糖類などを挙げることができ、取り分けラフィノースが望ましい。   From the viewpoint of improving the heat resistance and current density of the enzyme electrode, particularly the positive electrode, if necessary, the enzyme ink may contain at least one saccharide. Examples of the saccharide include saccharides such as sucrose, trehalose, maltose, lactose, cellobiose, raffinose, melezitose, maltotriose, stachyose, maltohexaose, cyclodextrin, dextrin, arabitol, sorbitol, xylitol, sugar alcohol, polysaccharide In particular, raffinose is preferable.

酵素燃料電池の正極は、必要に応じて、電子メディエーターをさらに含む。電子メディエーターとしては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれるが、最も好適には、ABTSを用いることができる。   The positive electrode of the enzyme fuel cell further includes an electron mediator as necessary. A conventionally known electron mediator can be used as the electron mediator, and is selected according to need. Most preferably, ABTS can be used.

酵素燃料電池はおよそ電力が必要なものすべてに用いることができ、大きさも問わないが、例えば、電子機器、移動体(自動車、二輪車、航空機、ロケット、宇宙船など)、動力装置、建設機械、工作機械、発電システム、コージェネレーションシステムなどに用いることができ、用途などにより出力、大きさ、形状、燃料の種類などが決められる。   Enzyme fuel cells can be used for almost anything that requires electric power and can be of any size. For example, electronic devices, mobile objects (automobiles, motorcycles, aircraft, rockets, spacecrafts, etc.), power units, construction machinery, It can be used for machine tools, power generation systems, cogeneration systems, etc. The output, size, shape, type of fuel, etc. are determined depending on the application.

電子機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器(携帯情報端末機(PDA)など)、ロボット、パーソナルコンピュータ(デスクトップ型、ノート型の双方を含む)、ゲーム機器、カメラ一体型VTR(ビデオテープレコーダ)、車載機器、家庭電気製品、工業製品などである。   Electronic devices may be basically any type, and include both portable and stationary devices. Specific examples include mobile phones, mobile devices (portable information terminals). (PDA, etc.), robots, personal computers (including both desktop and notebook computers), game machines, camera-integrated VTRs (video tape recorders), in-vehicle devices, home appliances, industrial products, and the like.

また、本開示は、
正極と、
負極と、
上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、
上記正極が、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
ABTSとを有する酵素燃料電池である。
In addition, this disclosure
A positive electrode;
A negative electrode,
A proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode is
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
It is an enzyme fuel cell having ABTS.

また、本開示は、
少なくとも一つの酵素燃料電池を有し、
上記酵素燃料電池は、
正極と、
負極と、
上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、
上記正極が、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
ABTSとを有する電子機器である。
In addition, this disclosure
Having at least one enzyme fuel cell;
The enzyme fuel cell is
A positive electrode;
A negative electrode,
A proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode is
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
This is an electronic device having ABTS.

また、本開示は、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
ABTSと、
少なくとも水を含む溶媒と
を含有する酵素インクである。
In addition, this disclosure
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
ABTS,
An enzyme ink containing at least a solvent containing water.

ここで、これらの酵素燃料電池、電子機器および酵素インクにおけるABTSは、プロモータ分子または電子メディエーターあるいはこれらの双方として働く。   Here, ABTS in these enzyme fuel cells, electronic devices and enzyme inks act as promoter molecules or electron mediators or both.

これらの酵素燃料電池、電子機器および酵素インクに関しては、その性質に反しない限り、既に述べた酵素燃料電池、電子機器および酵素インクに関連して説明したことが成立する。   As far as these enzyme fuel cells, electronic devices and enzyme inks are not contrary to their properties, what has already been described in relation to the enzyme fuel cells, electronic devices and enzyme inks is valid.

上述のように、本開示においては、酵素インクは、カーボン粒子と、親水性のバインダーと、酸化還元酵素と、カーボン粒子と酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含有する。この場合、カーボン粒子と親水性のバインダーと水とにより均一な水混和性を得ることができ、プロモータ分子および酸化還元酵素を均一に分散させることができる。   As described above, in the present disclosure, the enzyme ink includes carbon particles, a hydrophilic binder, a redox enzyme, a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the redox enzyme, and at least water. Containing a solvent. In this case, uniform water miscibility can be obtained by the carbon particles, the hydrophilic binder, and water, and the promoter molecules and the oxidoreductase can be uniformly dispersed.

本開示によれば、親水的な酸化還元酵素とプロモータ分子とを均一に混和させて利用することができ、直接電子移動反応で高い電流密度を得ることができ、しかもプロモータ分子の溶出を抑えることができる酵素電極を製造することが可能な酵素インクを得ることができる。この酵素インクを用いて、直接電子移動反応で高い電流密度を得ることができ、しかもプロモータ分子の溶出を抑えることができる酵素電極を製造することができる。そして、この酵素電極を用いて高性能の酵素燃料電池を実現することができる。また、この酵素燃料電池を用いることにより、高性能の電子機器などを実現することができる。   According to the present disclosure, hydrophilic oxidoreductase and promoter molecules can be mixed and used uniformly, high current density can be obtained by direct electron transfer reaction, and elution of promoter molecules can be suppressed. It is possible to obtain an enzyme ink capable of producing an enzyme electrode capable of By using this enzyme ink, it is possible to produce an enzyme electrode that can obtain a high current density by direct electron transfer reaction and can suppress elution of promoter molecules. A high-performance enzyme fuel cell can be realized using this enzyme electrode. Further, by using this enzyme fuel cell, a high-performance electronic device or the like can be realized.

第1の実施の形態による酵素電極およびその製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the enzyme electrode by 1st Embodiment, and its manufacturing method. 第1の実施の形態による酵素電極を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the enzyme electrode by 1st Embodiment. 実施例1〜8の実験結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the experimental result of Examples 1-8. 実施例1〜8および比較例1〜5の実験結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the experimental result of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-5. 実施例20の酵素電極を用いて行ったサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す略線図である。6 is a schematic diagram showing the results of cyclic voltammetry measurement performed using the enzyme electrode of Example 20. FIG. 第1の実施の形態による酵素電極を模式的に示す略線図である。It is an approximate line figure showing the enzyme electrode by a 1st embodiment typically. 酵素インクへのラフィノース添加の効果を説明するために行った実験の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the experiment conducted in order to demonstrate the effect of raffinose addition to enzyme ink. 酵素インクへのラフィノース添加の効果を説明するために行った実験の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the experiment conducted in order to demonstrate the effect of raffinose addition to enzyme ink. 酵素インクへのラフィノース添加の効果を説明するために行った実験の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the experiment conducted in order to demonstrate the effect of raffinose addition to enzyme ink. 第3の実施の形態による酵素燃料電池を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the enzyme fuel cell by 3rd Embodiment. 第3の実施の形態による酵素燃料電池の負極の構成の詳細ならびにこの負極に固定化された酵素群および補酵素の一例およびこの酵素群および補酵素による電子の受け渡し反応を模式的に示す略線図である。Details of the configuration of the negative electrode of the enzyme fuel cell according to the third embodiment, an example of an enzyme group and a coenzyme immobilized on the negative electrode, and a schematic line schematically showing an electron transfer reaction by the enzyme group and the coenzyme FIG. 第3の実施の形態による酵素燃料電池の具体的な構成例を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the specific structural example of the enzyme fuel cell by 3rd Embodiment. 第4の実施の形態によるバイオリアクターを示す略線図である。It is a basic diagram which shows the bioreactor by 4th Embodiment. 第6の実施の形態による酵素電極の製造に用いる酵素インクの基礎的検討を行うために作製した電極Aを用いて行ったサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the cyclic voltammetry measurement performed using the electrode A produced in order to perform the fundamental examination of the enzyme ink used for manufacture of the enzyme electrode by 6th Embodiment. 第6の実施の形態による酵素電極の製造に用いる酵素インクの基礎的検討を行うために作製した電極Bを用いて行ったサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the cyclic voltammetry measurement performed using the electrode B produced in order to perform the fundamental examination of the enzyme ink used for manufacture of the enzyme electrode by 6th Embodiment. 第6の実施の形態による酵素電極の製造に用いる酵素インクの基礎的検討を行うために作製した電極Cを用いて行ったサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the cyclic voltammetry measurement performed using the electrode C produced in order to perform the fundamental examination of the enzyme ink used for manufacture of the enzyme electrode by 6th Embodiment. 第6の実施の形態による酵素電極の製造に用いる酵素インクの基礎的検討を行うために作製した電極Dを用いて行ったサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the cyclic voltammetry measurement performed using the electrode D produced in order to perform the fundamental examination of the enzyme ink used for manufacture of the enzyme electrode by 6th Embodiment. 第6の実施の形態による酵素電極の製造に用いる酵素インクの基礎的検討を行うために作製したABTS固定化電極Eを用いて行ったサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the cyclic voltammetry measurement performed using the ABTS fixed electrode E produced in order to perform the fundamental examination of the enzyme ink used for manufacture of the enzyme electrode by 6th Embodiment. 図18に示すサイクリックボルタンメトリー測定の結果より得られたピーク電流値をサイクル数に対してプロットした略線図である。FIG. 19 is a schematic diagram in which peak current values obtained from the results of cyclic voltammetry measurement shown in FIG. 18 are plotted with respect to the number of cycles. 第6の実施の形態による酵素電極の製造に用いる酵素インクの基礎的検討を行うために作製したFeCN固定化電極Fを用いて行ったサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the cyclic voltammetry measurement performed using the FeCN fixed electrode F produced in order to perform the fundamental examination of the enzyme ink used for manufacture of the enzyme electrode by 6th Embodiment. 図20に示すサイクリックボルタンメトリー測定の結果より得られたピーク電流値をサイクル数に対してプロットした略線図である。FIG. 21 is a schematic diagram in which peak current values obtained from the results of cyclic voltammetry measurement shown in FIG. 20 are plotted with respect to the number of cycles. 実施例24〜26の酵素電極の定電位測定を行った結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of having performed the constant potential measurement of the enzyme electrode of Examples 24-26. 実施例26の酵素電極および比較のためのFeCN固定化酵素電極の電圧測定の結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the voltage measurement of the enzyme electrode of Example 26, and the FeCN fixed enzyme electrode for a comparison.

以下、発明を実施するための形態(以下「実施の形態」とする)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。   Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described. The description will be given in the following order.

1.第1の実施の形態(酵素インクおよびその製造方法)
2.第2の実施の形態(酵素電極およびその製造方法)
3.第3の実施の形態(酵素燃料電池)
4.第4の実施の形態(バイオリアクター)
5.第5の実施の形態(酵素インクおよびその製造方法)
6.第6の実施の形態(酵素電極およびその製造方法)
1. First embodiment (enzyme ink and method for producing the same)
2. Second embodiment (enzyme electrode and method for producing the same)
3. Third embodiment (enzyme fuel cell)
4). Fourth embodiment (bioreactor)
5. Fifth embodiment (enzyme ink and method for producing the same)
6). Sixth embodiment (enzyme electrode and method for producing the same)

〈1.第1の実施の形態〉
[酵素インク]
第1の実施の形態による酵素インクは、カーボン粒子と、親水性(あるいは水溶性)のバインダーと、酸化還元酵素と、カーボン粒子と酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含む。この酵素インクにおける各成分の含有量は、カーボン粒子は30重量%以上85重量%以下、バインダーは1重量%以上65重量%、プロモータ分子は5重量%以上15重量%以下である。この酵素インクは、典型的には、カーボン粒子とバインダーとプロモータ分子と溶媒との合計が100重量%となるようにするが、他の成分も含む場合にはこの他の成分も含めて合計100重量%となるようにする。酵素インクは、必要に応じてラフィノースなどの糖類を含有し、その含有量は3重量%以上85重量%以下である。酵素インクがラフィノースなどの糖類を含有する場合には、カーボン粒子とバインダーとプロモータ分子と糖類と溶媒との合計が100重量%となるようにするが、さらに他の成分も含む場合にはこの他の成分も含めて合計100重量%となるようにする。
<1. First Embodiment>
[Enzyme ink]
The enzyme ink according to the first embodiment includes carbon particles, a hydrophilic (or water-soluble) binder, an oxidoreductase, a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase, And a solvent containing at least water. The content of each component in the enzyme ink is 30% to 85% by weight for carbon particles, 1% to 65% by weight for the binder, and 5% to 15% by weight for the promoter molecule. This enzyme ink typically has a total of 100% by weight of carbon particles, binder, promoter molecule, and solvent, but when other components are also included, the total is 100 including these other components. It is made to become weight%. The enzyme ink contains saccharides such as raffinose as necessary, and the content thereof is 3 wt% or more and 85 wt% or less. When the enzyme ink contains saccharides such as raffinose, the total amount of carbon particles, binder, promoter molecule, saccharide and solvent is 100% by weight. Including the above components, the total amount is 100% by weight.

カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、バイオカーボンおよび気相法炭素繊維からなる群より選ばれた少なくとも一種類を含むが、これら以外のもの、例えば、活性炭を用いてもよい。カーボンブラックには、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラックなどが含まれるが、これらの中でもケッチェンブラックが好適である。バイオカーボンは、ケイ素(シリコン)の含有率が5重量%以上である植物由来の材料を原料とし、窒素BET法による比表面積の値が10m2 /g以上、ケイ素の含有率が1重量%以下、BJH法およびMP法による細孔の容積が0.1cm3 /g以上である多孔質炭素材料である(特許文献15参照。)。バイオカーボンは、具体的には、例えば次のようにして作製する。すなわち、まず、粉砕した籾殻(鹿児島県産、イセヒカリの籾殻)を、窒素気流中において500℃、5時間加熱することにより炭化させ、炭化物を得る。その後、この炭化物の10gをアルミナ製のるつぼに入れ、窒素気流(10リットル/分)において5℃/分の昇温速度で1000℃まで昇温させる。そして、1000℃で5時間、炭素化して、炭素質物質(多孔質炭素材料前駆体)に変換した後、室温まで冷却する。なお、炭素化および冷却中、窒素ガスを流し続けた。次に、この多孔質炭素材料前駆体を46体積%のフッ化水素酸水溶液に一晩浸漬することにより酸処理を行った後、水およびエチルアルコールを用いてpH7になるまで洗浄する。そして、最後に乾燥させることにより、多孔質炭素材料、すなわちバイオカーボンが得られる。気相法炭素繊維は、例えば、VGDF(昭和電工株式会社の登録商標)である。活性炭には、例えば、カシ炭、クヌギ炭、スギ炭、ナラ炭、ヒノキ炭などの木炭や、ゴム炭、竹炭、オガ炭、ヤシ殻炭などが含まれる。 The carbon particles include, for example, at least one selected from the group consisting of carbon black, biocarbon, and vapor grown carbon fiber, but other than these, for example, activated carbon may be used. Examples of carbon black include furnace black, acetylene black, channel black, thermal black, ketjen black, and the like. Among these, ketjen black is preferable. Biocarbon is made from a plant-derived material with a silicon (silicon) content of 5% by weight or more. The specific surface area by nitrogen BET method is 10 m 2 / g or more, and the silicon content is 1% by weight or less. A porous carbon material having a pore volume of 0.1 cm 3 / g or more by the BJH method and the MP method (see Patent Document 15). Specifically, biocarbon is produced as follows, for example. That is, first, the crushed rice husk (produced in Kagoshima Prefecture, Isehikari rice husk) is carbonized by heating in a nitrogen stream at 500 ° C. for 5 hours to obtain a carbide. Thereafter, 10 g of this carbide is put in an alumina crucible and heated to 1000 ° C. at a rate of 5 ° C./min in a nitrogen stream (10 liters / min). And after carbonizing at 1000 degreeC for 5 hours and converting into a carbonaceous substance (porous carbon material precursor), it cools to room temperature. In addition, nitrogen gas was kept flowing during carbonization and cooling. Next, this porous carbon material precursor is subjected to an acid treatment by immersing it overnight in a 46% by volume hydrofluoric acid aqueous solution, and then washed with water and ethyl alcohol until pH 7 is reached. And the porous carbon material, ie, biocarbon, is obtained by making it dry at the end. The vapor grown carbon fiber is, for example, VGDF (registered trademark of Showa Denko KK). Examples of the activated carbon include wood charcoal such as oak charcoal, kunugi charcoal, cedar charcoal, oak charcoal, hinoki charcoal, rubber charcoal, bamboo charcoal, oga charcoal, and coconut shell charcoal.

場合によっては、酵素インクに含有されるカーボン粒子の少なくとも一部に、表面をカルボン酸で修飾したカーボン粒子を用いてもよい。このようなカルボン酸で表面修飾されたカーボン粒子を用いることにより、使用可能なプロモータ分子の範囲を広げることが可能となり、あるいは、プロモータ分子のカーボン粒子に対する結合が容易となる。   In some cases, carbon particles whose surfaces are modified with carboxylic acid may be used for at least some of the carbon particles contained in the enzyme ink. By using carbon particles surface-modified with such a carboxylic acid, it is possible to expand the range of promoter molecules that can be used, or to facilitate the binding of promoter molecules to carbon particles.

親水性(あるい水溶性)のバインダーは、天然物およびその誘導体としては、セルロース系およびその誘導体(メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース(hydroxypropylcellulose)(HPC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシブチルメチルセルロース(HBMC)、ヒドロキシエチルエチルセルロース(HEEC)、ヒドロキシエチルヒドロキシプロピルメチルセルロース(HEMPMC)など)、タンパク質系(小麦タンパク質、大豆タンパク質などの植物性タンパク質類、アルブミン、カゼイン、ゼラチンなどの動物性タンパク質類)、その他(デンプンリン酸エステル、デンプングルコール酸ナトリウムなどのデンプン誘導体類、カチオン化グアーガム、カルボキシメチルヒドロキシプロピル化グアーガム、ヒドロキシプロピル化グアーガムなどのグアーガム誘導体、カードラン、キサンタンガム、ジェランガム、シクロデキストリン、デキストラン、プルランなどの産生粘質物類、アルギン酸、寒天、澱粉、キトサン、ヒアルロン酸、ペクチン、カラジーナン、ラミナリンなどの多糖類)、および混合物を含むが、これらに限定されない。合成系高分子のバインダーとしては、ビニル系化合物、ビニリデン系化合物、ポリエステル系化合物、ポリアミド系化合物、ポリエーテル系化合物、ポリグリコール系化合物、ポリビニルアルコール系化合物、ポリアルキレンオキサイド系化合物、ポリアクリル酸化合物、および混合物を含むが、これらに限定されない。例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ケイ酸アルミニウム・マグネシウム、カルボキシビニルポリマー、クインスシード、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン・ビニルアルコール共重合体、ポリメチルビニルエーテル、アルギン酸プロピレングリコールなどである。   Hydrophilic (or water-soluble) binders include, as natural products and derivatives thereof, celluloses and derivatives thereof (methylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose (HPC), hydroxyethyl Methylcellulose (HEMC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), hydroxybutylmethylcellulose (HBMC), hydroxyethylethylcellulose (HEEC), hydroxyethylhydroxypropylmethylcellulose (HEMPMC, etc.), protein systems (vegetable proteins such as wheat protein, soybean protein, etc.) , Animal proteins such as albumin, casein, gelatin), others (den Starch derivatives such as punphosphate, sodium starch glycolate, guar gum derivatives such as cationized guar gum, carboxymethylhydroxypropylated guar gum, hydroxypropylated guar gum, curdlan, xanthan gum, gellan gum, cyclodextrin, dextran, pullulan, etc. Production mucilages, alginic acid, agar, starch, chitosan, hyaluronic acid, pectin, carrageenan, polysaccharides such as laminarin), and mixtures, but not limited to these. Synthetic polymer binders include vinyl compounds, vinylidene compounds, polyester compounds, polyamide compounds, polyether compounds, polyglycol compounds, polyvinyl alcohol compounds, polyalkylene oxide compounds, polyacrylic acid compounds , And mixtures. For example, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, aluminum / magnesium silicate, carboxyvinyl polymer, quince seed, polyacrylic acid, polyvinyl pyrrolidone / vinyl alcohol copolymer, polymethyl vinyl ether, propylene glycol alginate, and the like.

酸化還元酵素としては、例えば、グルコースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、ジアホラーゼ、NADHデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコン酸デヒドロゲナーゼ、セロビオースデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アミンデヒドロゲナーゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、ヒドロゲナーゼ、p−クレゾールメチルヒドロキシラーゼ、ヒスタミンデヒドロゲナーゼ、フマル酸リダクターゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、一酸化炭素デヒドロゲナーゼ、硝酸リダクターゼ、ヒ酸レダクターゼ、亜硫酸レダクターゼ、DMSOリダクターゼ、シトクロムC3 、マルチ銅オキシダーゼ(ラッカーゼ、Fet3p、ビリルビンオキシダーゼ、CueO、CotA、アスコルビン酸オキシダーゼ、ステラシアニン、チロシナーゼ、亜硝酸リダクターゼなど)、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、シトクロムC、ヘモグロビン、ミオグロビン、シトクロムP450およびフェリチンからなる群より選ばれた少なくとも一種類が用いられ、酵素インクを用いて製造する酵素電極を正極として用いるか負極として用いるかなどに応じて適宜選ばれる。 Examples of the oxidoreductase include glucose oxidase, alcohol oxidase, glucose dehydrogenase, diaphorase, NADH dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, fructose dehydrogenase, gluconate dehydrogenase, cellobiose dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, amine dehydrogenase, succinate dehydrogenase, hydrogenase, and p-cresol. methyl hydroxylase, histamine dehydrogenase, fumarate reductase, succinate dehydrogenase, carbon monoxide dehydrogenase, nitrate reductase, arsenate reductase, sulfite reductase, DMSO reductase, cytochrome C 3, multi-copper oxidase (laccase, Fet3p, bilirubin oxidase, Cu O, CotA, ascorbate oxidase, stellacyanin, tyrosinase, nitrite reductase, etc.), catalase, peroxidase, cytochrome C, hemoglobin, myoglobin, cytochrome P450, and ferritin. It is appropriately selected depending on whether the enzyme electrode produced using is used as a positive electrode or a negative electrode.

プロモータ分子は、典型的には有機酸である。有機酸は、好適には水に難溶である。有機酸は、好適にはカルボン酸である。カルボン酸は、少なくとも一つのベンゼン環を有する化合物、少なくとも一つの複素環を有する化合物、脂肪酸およびクエン酸からなる群より選ばれた少なくとも一種類である。カルボン酸は、アントラセン誘導体、ピレン誘導体またはナフタレン誘導体である。アントラセン誘導体は、例えば、2−アントラセンカルボン酸、9−アントラセンカルボン酸などである。ピレン誘導体は、例えば、アミン基、スルホン基、スルフヒドリル基、カルボキシル基、水酸基、アジ基、アゾ基、ニトロ基、ニトリル基、シアノ基、アレン基、イソニトリル基、ウレア基、アルデヒド基、ケトン基、NHSエステル、イミドエステル、マレイミド、ピリジルジチオール、アリルアジド、ハロアセテート、イソシアナート、カルボジイミド、アリルアジド、ジアジリン、ヒドラジド、ソラレン、ヨード、ピリジンジスルフィド、ビニルスルホンなどの官能基および反応基を有する。ピレン誘導体は、具体的には、例えば、1−ピレンカルボン酸などである。ナフタレンカルボン酸は、例えば、2−ナフタレン酢酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸などである。   The promoter molecule is typically an organic acid. The organic acid is preferably sparingly soluble in water. The organic acid is preferably a carboxylic acid. The carboxylic acid is at least one selected from the group consisting of a compound having at least one benzene ring, a compound having at least one heterocyclic ring, a fatty acid and citric acid. The carboxylic acid is an anthracene derivative, pyrene derivative or naphthalene derivative. Examples of the anthracene derivative include 2-anthracene carboxylic acid and 9-anthracene carboxylic acid. Pyrene derivatives include, for example, amine group, sulfone group, sulfhydryl group, carboxyl group, hydroxyl group, azide group, azo group, nitro group, nitrile group, cyano group, allene group, isonitrile group, urea group, aldehyde group, ketone group, It has functional groups and reactive groups such as NHS ester, imide ester, maleimide, pyridyldithiol, allyl azide, haloacetate, isocyanate, carbodiimide, allyl azide, diazirine, hydrazide, psoralen, iodo, pyridine disulfide, vinyl sulfone. Specific examples of the pyrene derivative include 1-pyrenecarboxylic acid. Examples of the naphthalene carboxylic acid include 2-naphthalene acetic acid and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid.

[酵素インクの製造方法]
この酵素インクの製造方法について説明する。
[Method for producing enzyme ink]
A method for producing the enzyme ink will be described.

第1の製造方法では、まず、所定量のカーボン粒子、親水性のバインダーおよび酸化還元酵素を混合した後、これに少なくとも水を含む溶媒、典型的には水を加えて混合する。次に、この混合物に所定量のプロモータ分子を加えて混合し、インク状にする。こうして酵素インクが製造される。   In the first production method, first, a predetermined amount of carbon particles, a hydrophilic binder, and an oxidoreductase are mixed, and then a solvent containing at least water, typically water, is added and mixed. Next, a predetermined amount of promoter molecules is added to the mixture and mixed to form an ink. In this way, enzyme ink is manufactured.

第2の製造方法では、まず、所定量のカーボン粒子、親水性のバインダーおよび酸化還元酵素を混合する。次に、この混合物に所定量のプロモータ分子を加えて混合する。次に、この混合物に少なくとも水を含む溶媒、典型的には水を加えて混合し、インク状にする。こうして酵素インクが製造される。   In the second production method, first, a predetermined amount of carbon particles, a hydrophilic binder, and an oxidoreductase are mixed. Next, a predetermined amount of promoter molecules is added to the mixture and mixed. Next, a solvent containing at least water, typically water, is added to the mixture and mixed to form an ink. In this way, enzyme ink is manufactured.

第3の製造方法では、まず、所定量のカーボン粒子および親水性のバインダーを混合した後、これに少なくとも水を含む溶媒、典型的には水を加えて混合する。次に、この混合物に所定量のプロモータ分子を加えて混合する。次に、この混合物に所定量の酸化還元酵素を加えて混合し、インク状にする。こうして酵素インクが製造される。   In the third production method, first, a predetermined amount of carbon particles and a hydrophilic binder are mixed, and then a solvent containing at least water, typically water, is added thereto and mixed. Next, a predetermined amount of promoter molecules is added to the mixture and mixed. Next, a predetermined amount of oxidoreductase is added to the mixture and mixed to form an ink. In this way, enzyme ink is manufactured.

第1、第2および第3の製造方法において、酵素インクにラフィノースなどの糖類を含有させる場合には、製造途中のいずかの工程で糖類を添加する。   In the first, second, and third production methods, when the enzyme ink contains a saccharide such as raffinose, the saccharide is added in any step during the production.

〈実施例1〉
次のようにして、酵素インクを製造した。
ケッチェンブラック0.5g、VGCF(登録商標)0.5g、カルボキシメチルセルロース(CMC)0.05gおよびビリルビンオキシダーゼ(BOD)0.05gをそれぞれ粉の状態で混合する。
<Example 1>
An enzyme ink was produced as follows.
Ketjen black 0.5 g, VGCF (registered trademark) 0.5 g, carboxymethylcellulose (CMC) 0.05 g and bilirubin oxidase (BOD) 0.05 g are mixed in a powder state.

この混合物に2−アントラセンカルボン酸0.175gを粉の状態で混合した後、水8mlを加えて混練し、インク状にした。こうして酵素インクを製造した。2−アントラセンカルボン酸の構造は次の通りである。
To this mixture, 0.175 g of 2-anthracenecarboxylic acid was mixed in a powder state, and then 8 ml of water was added and kneaded to form an ink. An enzyme ink was thus produced. The structure of 2-anthracenecarboxylic acid is as follows.

〈実施例2〉
2−アントラセンカルボン酸の代わりに9−アントラセンカルボン酸を用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。9−アントラセンカルボン酸の構造は次の通りである。
<Example 2>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that 9-anthracenecarboxylic acid was used instead of 2-anthracenecarboxylic acid. The structure of 9-anthracenecarboxylic acid is as follows.

〈実施例3〉
2−アントラセンカルボン酸の代わりに1−ピレンカルボン酸を用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。1−ピレンカルボン酸の構造は次の通りである。
<Example 3>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that 1-pyrenecarboxylic acid was used instead of 2-anthracenecarboxylic acid. The structure of 1-pyrenecarboxylic acid is as follows.

〈実施例4〉
2−アントラセンカルボン酸の代わりに2−ナフタレン酢酸を用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。2−ナフタレン酢酸の構造は次の通りである。
<Example 4>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that 2-naphthaleneacetic acid was used instead of 2-anthracenecarboxylic acid. The structure of 2-naphthalene acetic acid is as follows.

〈実施例5〉
2−アントラセンカルボン酸の代わりに2,6−ナフタレンジカルボン酸を用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。2,6−ナフタレンジカルボン酸の構造は次の通りである。
<Example 5>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that 2,6-naphthalenedicarboxylic acid was used instead of 2-anthracenecarboxylic acid. The structure of 2,6-naphthalenedicarboxylic acid is as follows.

〈実施例6〉
2−アントラセンカルボン酸の代わりに安息香酸を用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。安息香酸の構造は次の通りである。
<Example 6>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that benzoic acid was used instead of 2-anthracenecarboxylic acid. The structure of benzoic acid is as follows.

〈実施例7〉
2−アントラセンカルボン酸の代わりにラウリン酸を用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。ラウリン酸の構造は次の通りである。
<Example 7>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that lauric acid was used instead of 2-anthracenecarboxylic acid. The structure of lauric acid is as follows.

〈実施例8〉
2−アントラセンカルボン酸の代わりにクエン酸を用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。クエン酸の構造は次の通りである。
<Example 8>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that citric acid was used instead of 2-anthracenecarboxylic acid. The structure of citric acid is as follows.

〈実施例9〉
2−アントラセンカルボン酸の代わりにPQQを用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。PQQの構造は次の通りである。
<Example 9>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that PQQ was used instead of 2-anthracenecarboxylic acid. The structure of PQQ is as follows.

〈実施例10〉
酸化還元酵素としてビリルビンオキシダーゼの代わりにCueOを用いたことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造した。
<Example 10>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that CueO was used instead of bilirubin oxidase as the oxidoreductase.

以上のように、この第1の実施の形態によれば、酵素インクは、カーボン粒子と、親水性(あるいは水溶性)のバインダーと、酸化還元酵素と、カーボン粒子と酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含有する。この場合、カーボン粒子と親水性のバインダーと水とにより均一な水混和性を得ることができ、プロモータ分子および酸化還元酵素を均一に分散させることができる。   As described above, according to the first embodiment, the enzyme ink includes carbon particles, a hydrophilic (or water-soluble) binder, an oxidoreductase, and a carbon particle and an oxidoreductase. A promoter molecule that promotes electron transfer and a solvent containing at least water are contained. In this case, uniform water miscibility can be obtained by the carbon particles, the hydrophilic binder, and water, and the promoter molecules and the oxidoreductase can be uniformly dispersed.

〈2.第2の実施の形態〉
[酵素電極およびその製造方法]
図1A〜Cは第2の実施の形態による酵素電極の製造方法を示す。
<2. Second Embodiment>
[Enzyme electrode and production method thereof]
1A to 1C show a method for producing an enzyme electrode according to a second embodiment.

図1Aに示すように、基板11を準備する。基板11は、酵素電極の用途や機能などに応じて適宜選ばれるが、好適には不織布を用いることができる。不織布の材料としては、例えばポリオレフィン、ポリエステル、セルロース、ポリアクリルアミドなどの各種の有機高分子化合物を用いることができるが、これに限定されるものではない。   As shown in FIG. 1A, a substrate 11 is prepared. Although the board | substrate 11 is suitably selected according to the use, function, etc. of an enzyme electrode, a nonwoven fabric can be used suitably. As the material for the nonwoven fabric, for example, various organic polymer compounds such as polyolefin, polyester, cellulose, polyacrylamide and the like can be used, but the material is not limited thereto.

次に、図1Bに示すように、第1の実施の形態による酵素インク12を基板11の一主面上に所定の厚さに塗布または印刷する。酵素インク12の塗布または印刷の方法に特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法などを用いることができる。また、印刷方法としては、凸版印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、ゴム版印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 1B, the enzyme ink 12 according to the first embodiment is applied or printed to a predetermined thickness on one main surface of the substrate 11. There is no particular limitation on the method of applying or printing the enzyme ink 12, and a conventionally known method can be used. Specifically, as a coating method, for example, a dipping method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, a gravure coating method, or the like can be used. Moreover, as a printing method, a relief printing method, an offset printing method, a gravure printing method, an intaglio printing method, a rubber plate printing method, a screen printing method, etc. can be used.

次に、こうして酵素インク12を塗布または印刷した基板11を加熱し、あるいは室温に保持することにより酵素インク12中の溶媒を乾燥させて除去し、固化させる。こうして、図1Cに示すように、基板11上にカーボン粒子と親水性のバインダーと酸化還元酵素とプロモータ分子とからなり、あるいはさらにラフィノースなどの糖類を含む酵素電極13が得られる。この後、必要に応じて、この酵素電極13が形成された基板11の両面をオゾン処理などによりクリーニングする。   Next, the substrate 11 on which the enzyme ink 12 has been applied or printed is heated or kept at room temperature to dry and remove the solvent in the enzyme ink 12 to solidify. Thus, as shown in FIG. 1C, an enzyme electrode 13 made of carbon particles, a hydrophilic binder, an oxidoreductase and a promoter molecule, or further containing a saccharide such as raffinose is obtained on the substrate 11. Thereafter, if necessary, both surfaces of the substrate 11 on which the enzyme electrode 13 is formed are cleaned by ozone treatment or the like.

なお、基板11の材料によっては、基板11に酵素インク12が浸透することもある。この場合には、図1Cにおいて一点鎖線で示すように、酵素電極13はその下部が基板11中に埋められた状態で形成される。   Depending on the material of the substrate 11, the enzyme ink 12 may permeate the substrate 11. In this case, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 1C, the enzyme electrode 13 is formed in a state where the lower part thereof is buried in the substrate 11.

酵素電極13に撥水性を持たせる場合には、例えば、この酵素電極13の表面に撥水材料を含む撥水剤を形成する。例えば、この撥水剤を酵素電極13の表面に塗布したり、酵素電極13を撥水剤にディップ(浸漬)したりする。この撥水剤としては種々のものを用いることができ、必要に応じて選択されるが、例えば、撥水材料、取り分け微粒子状の撥水材料が有機溶剤に分散されたものを用いることができる。撥水剤中の撥水材料の割合は極微量であってもよい。この撥水剤としては、好適には、少なくとも撥水材料と酵素の溶解度が十分に小さい、例えば溶解度が10mg/ml以下、好適には1mg/ml以下の有機溶媒とを含むものが用いられる。有機溶媒としては、例えばメチルイソブチルケトンなどを用いることができる。この撥水剤には、必要に応じて、撥水材料と有機溶媒とに加えてバインダーなどを含ませる。このバインダーとしては種々のものを用いることができるが、例えばポリビニルブチラールを用いることができる。撥水剤中のバインダーの割合は例えば0.01〜10%であるが、これに限定されるものではない。バインダーが例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの撥水性を有するものである場合にはこのバインダー自身を撥水材料として用いることができる。撥水材料としては種々のものを用いることができるが、例えばカーボン系の材料、好適にはカーボン粉末を用いることができる。カーボン粉末としては、例えば、天然黒鉛などの黒鉛、活性炭、リチウムイオン電池の添加材などに使用されるカーボンナノファイバー(気相法炭素繊維)、ケッチェンブラックなどを用いることができる。   When the enzyme electrode 13 has water repellency, for example, a water repellent containing a water repellent material is formed on the surface of the enzyme electrode 13. For example, this water repellent is applied to the surface of the enzyme electrode 13, or the enzyme electrode 13 is dipped (immersed) in the water repellent. Various water repellents can be used and are selected as necessary. For example, a water repellent material, particularly a fine water repellent material dispersed in an organic solvent can be used. . The ratio of the water repellent material in the water repellent may be extremely small. As the water repellent, preferably used is one containing at least a water repellent material and an organic solvent having a sufficiently low solubility of the enzyme, for example, a solubility of 10 mg / ml or less, preferably 1 mg / ml or less. As the organic solvent, for example, methyl isobutyl ketone can be used. If necessary, the water repellent contains a binder in addition to the water repellent material and the organic solvent. Various binders can be used as this binder. For example, polyvinyl butyral can be used. The ratio of the binder in the water repellent is, for example, 0.01 to 10%, but is not limited thereto. In the case where the binder has water repellency such as polyvinylidene fluoride (PVDF), the binder itself can be used as the water repellent material. As the water repellent material, various materials can be used. For example, a carbon-based material, preferably carbon powder can be used. As the carbon powder, for example, graphite such as natural graphite, activated carbon, carbon nanofiber (gas phase carbon fiber) used for an additive of a lithium ion battery, ketjen black and the like can be used.

〈実施例11〉
基板11として不織布を用い、この不織布上に実施例1で製造した酵素インク12をコーターにより厚さ50μm塗布した後、ホットプレート上で75℃で2時間加熱し、水を乾燥除去した。
<Example 11>
A non-woven fabric was used as the substrate 11, and the enzyme ink 12 produced in Example 1 was applied to the non-woven fabric by a thickness of 50 μm using a coater, and then heated on a hot plate at 75 ° C. for 2 hours to dry and remove water.

こうして、ケッチェンブラックとVGCF(登録商標)とカルボキシメチルセルロースとビリルビンオキシダーゼとからなる酵素電極13が不織布からなる基板11上に形成された。このとき、酵素電極13はその下部が不織布からなる基板11中に下部が埋められた状態で形成された。   Thus, the enzyme electrode 13 made of ketjen black, VGCF (registered trademark), carboxymethylcellulose, and bilirubin oxidase was formed on the substrate 11 made of nonwoven fabric. At this time, the enzyme electrode 13 was formed in a state where the lower part was buried in the substrate 11 made of a nonwoven fabric.

〈実施例12〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例2の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 12>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 2 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈実施例13〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例3の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 13>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 3 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈実施例14〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例4の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 14>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 4 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈実施例15〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例5の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 15>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 5 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈実施例16〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例6の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 16>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 6 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈実施例17〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例7の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 17>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 7 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈実施例18〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例8の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 18>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 8 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈実施例19〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例9の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 19>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 9 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈実施例20〉
実施例1の酵素インクの代わりに実施例10の酵素インクを用いたことを除いて実施例11と同様にして酵素電極13を製造した。
<Example 20>
An enzyme electrode 13 was produced in the same manner as in Example 11 except that the enzyme ink of Example 10 was used instead of the enzyme ink of Example 1.

〈比較例1〉
2−アントラセンカルボン酸が添加されていないことを除いて実施例1と同様にして酵素インクを製造し、この酵素インクを用いて実施例11と同様にして酵素電極を製造した。
<Comparative example 1>
An enzyme ink was produced in the same manner as in Example 1 except that 2-anthracenecarboxylic acid was not added, and an enzyme electrode was produced in the same manner as in Example 11 using this enzyme ink.

〈比較例2〉
2−アントラセンカルボン酸が添加された実施例1の酵素インクの代わりに、2−アントラセンカルボン酸の代わりに2−アミノアントラセンが添加された酵素インクを用いて実施例11と同様にして酵素電極を形成した。2−アミノアントラセンの構造は次の通りである。
<Comparative example 2>
Instead of the enzyme ink of Example 1 to which 2-anthracene carboxylic acid was added, an enzyme electrode to which 2-aminoanthracene was added instead of 2-anthracene carboxylic acid was used in the same manner as in Example 11 to form an enzyme electrode. Formed. The structure of 2-aminoanthracene is as follows.

〈比較例3〉
2−アントラセンカルボン酸が添加された実施例1の酵素インクの代わりに、2−アントラセンカルボン酸の代わりに2−(ヒドロキシメチル)アントラセンが添加された酵素インクを用いて実施例11と同様にして酵素電極を製造した。2−(ヒドロキシメチル)アントラセンの構造は次の通りである。
<Comparative Example 3>
Instead of the enzyme ink of Example 1 to which 2-anthracenecarboxylic acid was added, an enzyme ink to which 2- (hydroxymethyl) anthracene was added instead of 2-anthracenecarboxylic acid was used in the same manner as in Example 11. An enzyme electrode was produced. The structure of 2- (hydroxymethyl) anthracene is as follows.

〈比較例4〉
2−アントラセンカルボン酸が添加された実施例1の酵素インクの代わりに、2−アントラセンカルボン酸の代わりにアントラセンが添加された酵素インクを用いて実施例11と同様にして酵素電極を製造した。アントラセンの構造は次の通りである。
<Comparative example 4>
An enzyme electrode was produced in the same manner as in Example 11 using an enzyme ink to which anthracene was added instead of 2-anthracenecarboxylic acid instead of the enzyme ink of Example 1 to which 2-anthracenecarboxylic acid was added. The structure of anthracene is as follows.

〈比較例5〉
2−アントラセンカルボン酸が添加された実施例1の酵素インクの代わりに、2−アントラセンカルボン酸の代わりにフタロシアニンが添加された酵素インクを用いて実施例11と同様にして酵素電極を形成した。フタロシアニンの構造は次の通りである。
<Comparative Example 5>
An enzyme electrode was formed in the same manner as in Example 11 using an enzyme ink to which phthalocyanine was added instead of 2-anthracenecarboxylic acid instead of the enzyme ink of Example 1 to which 2-anthracenecarboxylic acid was added. The structure of phthalocyanine is as follows.

実施例11〜19および比較例1〜5の酵素電極を1.0Mリン酸緩衝液 pH5.0(0.8Mのグルコースを含む)の溶液中で定電位測定(0.25V vs Ag|AgCl(sat.KCl)した。実施例11〜18の測定結果を図3に示す。また、比較例1〜5の測定結果を実施例11〜19の測定結果と併せて図4に示す。   The enzyme electrodes of Examples 11 to 19 and Comparative Examples 1 to 5 were measured at a constant potential (0.25 V vs Ag | AgCl () in a solution of 1.0 M phosphate buffer pH 5.0 (containing 0.8 M glucose). The measurement results of Examples 11 to 18 are shown in Fig. 3. The measurement results of Comparative Examples 1 to 5 are shown in Fig. 4 together with the measurement results of Examples 11 to 19.

図3および図4から分かるように、プロモータ分子として、2−アントラセンカルボン酸、9−アントラセンカルボン酸、1−ピレンカルボン酸、2−ナフタレン酢酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、安息香酸、ラウリン酸、クエン酸またはPQQを用いた実施例11〜19のいずれも、プロモータ分子を含まない酵素インクを用いた比較例1(図3および図4においてCtrlと表示されている)に比べて高い電流値が得られている。   As can be seen from FIGS. 3 and 4, the promoter molecule includes 2-anthracenecarboxylic acid, 9-anthracenecarboxylic acid, 1-pyrenecarboxylic acid, 2-naphthaleneacetic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, benzoic acid, lauric acid. In any of Examples 11 to 19 using citric acid or PQQ, the current value was higher than that of Comparative Example 1 (indicated as Ctrl in FIGS. 3 and 4) using an enzyme ink containing no promoter molecule. Is obtained.

CueOを用いた実施例10の酵素電極13を用いて電極性能の評価を行った。そのために、ヘキサシアノ鉄酸イオンを用い、サイクリックボルタンメトリー評価を行った。その結果を図5に示す。図5から明らかなように、2−アントラセンカルボン酸が添加された実施例1の酵素インクを用いて製造された実施例11の酵素電極は、2−アントラセンカルボン酸が添加されていない酵素インクを用いて作製された比較例1の酵素電極に比べて非常に良い電気化学応答を示した。   Electrode performance was evaluated using the enzyme electrode 13 of Example 10 using CueO. Therefore, cyclic voltammetry evaluation was performed using hexacyanoferrate ions. The result is shown in FIG. As apparent from FIG. 5, the enzyme electrode of Example 11 manufactured using the enzyme ink of Example 1 to which 2-anthracenecarboxylic acid was added was obtained by using the enzyme ink to which 2-anthracenecarboxylic acid was not added. Compared with the enzyme electrode of Comparative Example 1 produced by using, a very good electrochemical response was shown.

[酵素電極のモデル]
図6に酵素電極のモデルを示す。この酵素電極は正極である。図6に示すように、カーボン粒子を含む材料からなる電極にプロモータ分子を介して酵素が固定化されている。電極からプロモータ分子を通って酵素に電子が移動し、プロトンを受け取ってO2 と反応することによりH2 Oが生成される。
[Model of enzyme electrode]
FIG. 6 shows an enzyme electrode model. This enzyme electrode is a positive electrode. As shown in FIG. 6, an enzyme is immobilized on an electrode made of a material containing carbon particles via a promoter molecule. Electrons move from the electrode through the promoter molecule to the enzyme, receive protons and react with O 2 to produce H 2 O.

[酵素インクにラフィノースを含有させることにより得られる効果]
ここで、酵素インクにラフィノースを含有させることにより得られる効果の検証を行った結果について説明する。ラフィノースの構造は次の通りである。
[Effects obtained by including raffinose in enzyme ink]
Here, the result of verifying the effect obtained by including raffinose in the enzyme ink will be described. The structure of raffinose is as follows.

検証を行うために、以下のようにして正極を作製し、定電位測定を行った。
まず、市販品のビリルビンオキシダーゼ(BOD)(天野エンザイム製)と、市販品BODにあらかじめ含まれているスクロースをラフィノースまたはトレハロースで置換したBODとを用意する。
In order to perform verification, a positive electrode was produced as follows and constant potential measurement was performed.
First, commercially available bilirubin oxidase (BOD) (manufactured by Amano Enzyme) and BOD in which sucrose previously contained in the commercially available BOD is replaced with raffinose or trehalose are prepared.

25mg/ml BOD溶液20μl、2%ポリ−L−リジン(PLL)水溶液20μl、20mMフェリシアン化カリウム水溶液20μlを混合し、1cm2 のカーボン電極上に塗布した。その後、30℃で2時間乾燥させた。 20 μl of 25 mg / ml BOD solution, 20 μl of 2% poly-L-lysine (PLL) aqueous solution, and 20 μl of 20 mM aqueous potassium ferricyanide solution were mixed and coated on a 1 cm 2 carbon electrode. Then, it was dried at 30 ° C. for 2 hours.

乾燥後、撥水剤を40μl塗布し、2時間乾燥させた。この撥水剤は、撥水材料として天然黒鉛を13〜18%、バインダーとしてポリビニルブチラールを3〜8%、カーボンブラックを8.4%、有機溶媒としてメチルイソブチルケトンを69.48%含有するものである。   After drying, 40 μl of water repellent was applied and dried for 2 hours. This water repellent contains 13 to 18% natural graphite as a water repellent material, 3 to 8% polyvinyl butyral as a binder, 8.4% carbon black, and 69.48% methyl isobutyl ketone as an organic solvent. It is.

こうして製造した正極を、50℃(相対湿度43%)雰囲気下で保存し、保存期間と電極の性能劣化との関係を2.0Mイミダゾール pH7.0の溶液中で定電位測定(0.25V vs Ag|AgCl(sat.KCl))する方法で評価した。   The positive electrode thus produced was stored in an atmosphere of 50 ° C. (43% relative humidity), and the relationship between the storage period and the deterioration of the electrode performance was measured in a solution of 2.0M imidazole pH 7.0 at a constant potential (0.25 V vs. Ag | AgCl (sat. KCl)).

1時間後の電流値をプロットした結果を図7に示す。図7より、トレハロースやラフィノースを正極に添加することで耐熱性が向上することが分かった。トレハロースとラフィノースとを比較すると、ラフィノースの方が性能の維持率が高いことが分かった。   The result of plotting the current value after 1 hour is shown in FIG. FIG. 7 shows that heat resistance is improved by adding trehalose or raffinose to the positive electrode. When comparing trehalose and raffinose, it was found that raffinose had a higher performance maintenance rate.

次に、正極におけるラフィノースの添加量と電流密度の向上および耐熱性の向上との関係を調べた結果について説明する。   Next, the results of examining the relationship between the amount of raffinose added to the positive electrode, the improvement in current density, and the improvement in heat resistance will be described.

このために、次のようにして正極を作製した。
25mg/ml BOD溶液20μl、2%ポリ−L−リジン(PLL)水溶液20μl、20mMフェリシアン化カリウム水溶液20μl、ラフィノース0〜8mg(8mg以上は溶けない)を混合し、1cm2 のカーボン電極上に塗布した。その後、30℃で2時間乾燥させた。
For this purpose, a positive electrode was produced as follows.
20 μl of 25 mg / ml BOD solution, 20 μl of 2% poly-L-lysine (PLL) aqueous solution, 20 μl of 20 mM potassium ferricyanide aqueous solution, 0-8 mg of raffinose (8 mg or more is insoluble) were mixed and coated on a 1 cm 2 carbon electrode. . Then, it was dried at 30 ° C. for 2 hours.

乾燥後、撥水剤を40μl塗布し、2時間乾燥させた。この撥水剤は、撥水材料として天然黒鉛を13〜18%、バインダーとしてポリビニルブチラールを3〜8%、カーボンブラックを8.4%、有機溶媒としてメチルイソブチルケトンを69.48%含有するものである。   After drying, 40 μl of water repellent was applied and dried for 2 hours. This water repellent contains 13 to 18% natural graphite as a water repellent material, 3 to 8% polyvinyl butyral as a binder, 8.4% carbon black, and 69.48% methyl isobutyl ketone as an organic solvent. It is.

こうして作製した正極を、80℃(乾燥条件)雰囲気下で保存し、保存期間と電極の性能劣化との関係を1.0Mリン酸緩衝液 pH7.0(0.8Mグルコースを含む)の溶液中で定電位測定(0.25V vs Ag|AgCl(sat.KCl))する方法で評価した。   The positive electrode thus prepared was stored in an atmosphere at 80 ° C. (dry conditions), and the relationship between the storage period and the performance deterioration of the electrode was determined in a solution of 1.0 M phosphate buffer pH 7.0 (containing 0.8 M glucose). And evaluated at a constant potential measurement (0.25 V vs Ag | AgCl (sat. KCl)).

正極作製直後(1時間後)の電流密度をラフィノース添加量に対して測定した結果を図8に示す。図8中、Aは市販品のBOD粉末を使用した場合、Rは市販品のBODに含まれているスクロースをラフィノースで置換した酵素粉末を使用した場合を示す。図8より、2.0mgまではラフィノースの添加量が増すにつれて、正極の電流密度が向上することが分かった。   FIG. 8 shows the results of measuring the current density immediately after producing the positive electrode (after 1 hour) with respect to the amount of raffinose added. In FIG. 8, A shows the case where a commercially available BOD powder is used, and R shows the case where an enzyme powder in which sucrose contained in a commercially available BOD is substituted with raffinose is used. From FIG. 8, it was found that the current density of the positive electrode improved as the amount of raffinose added increased to 2.0 mg.

80℃(乾燥条件)での保存試験の結果を図9に示す。図9より、正極の耐熱性はラフィノースの添加量が増すにつれて向上し、8mg/cm2 が最も高いことが分かった。 The result of the storage test at 80 ° C. (drying conditions) is shown in FIG. From FIG. 9, it was found that the heat resistance of the positive electrode was improved as the amount of raffinose added was increased, and 8 mg / cm 2 was the highest.

以上のように、この第2の実施の形態によれば、カーボン粒子と、親水性(あるいは水溶性)のバインダーと、酸化還元酵素と、カーボン粒子と酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含む酵素インク12を基板11上に塗布することにより酵素電極13を製造している。この酵素電極13は、直接電子移動反応で高い電流密度を得ることができる。また、水に難溶なプロモータ分子を用いることによりプロモータ分子の溶出を抑えることもできる。また、2−アントラセンカルボン酸などの多くのプロモータ分子は、電極と酸化還元活性を持たないため、電極からの溶出によるクロスオーバーを引き起こさず、酵素燃料電池による発電に有効である。さらに、2−アントラセンカルボン酸などの多くのプロモータ分子は、カーボン粒子に共有結合で結合する必要がなく、酵素インクに混ぜ、この酵素インクを塗布または印刷するだけで酵素電極13を簡便に製造することができる。   As described above, according to the second embodiment, the carbon particles, the hydrophilic (or water-soluble) binder, the redox enzyme, and the electron transfer between the carbon particles and the redox enzyme are promoted. The enzyme electrode 13 is manufactured by applying an enzyme ink 12 containing a promoter molecule and a solvent containing at least water on the substrate 11. The enzyme electrode 13 can obtain a high current density by direct electron transfer reaction. Moreover, elution of promoter molecules can be suppressed by using promoter molecules that are hardly soluble in water. In addition, many promoter molecules such as 2-anthracenecarboxylic acid do not have redox activity with the electrode, and therefore do not cause crossover due to elution from the electrode, and are effective for power generation by the enzyme fuel cell. Furthermore, many promoter molecules such as 2-anthracene carboxylic acid do not need to be covalently bonded to carbon particles, and are simply mixed with the enzyme ink, and the enzyme electrode 13 is simply manufactured by simply applying or printing the enzyme ink. be able to.

〈3.第3の実施の形態〉
[酵素燃料電池]
次に、第3の実施の形態について説明する。この第3の実施の形態においては、酵素燃料電池の正極として、第2の実施の形態による酵素電極を用いる。
<3. Third Embodiment>
[Enzyme fuel cell]
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, the enzyme electrode according to the second embodiment is used as the positive electrode of the enzyme fuel cell.

図10はこの酵素燃料電池を模式的に示す。この酵素燃料電池では、燃料としてグルコースを用いる。図11は、この酵素燃料電池の負極の構成の詳細ならびにこの負極に固定化された酵素群および補酵素の一例およびこの酵素群および補酵素による電子の受け渡し反応を模式的に示す。   FIG. 10 schematically shows this enzyme fuel cell. In this enzyme fuel cell, glucose is used as a fuel. FIG. 11 schematically shows details of the configuration of the negative electrode of the enzyme fuel cell, an example of an enzyme group and a coenzyme immobilized on the negative electrode, and an electron transfer reaction by the enzyme group and the coenzyme.

図10および図11に示すように、この酵素燃料電池は、負極21と正極22とが電解質層23を介して対向した構造を有する。負極21は、燃料として供給されたグルコースを酵素により分解し電子を取り出すとともにプロトン(H+ )を発生する。正極22は、負極21から電解質層23を通って輸送されたプロトンと負極21から外部回路を通って送られた電子と例えば空気中の酸素とにより水を生成する。 As shown in FIGS. 10 and 11, the enzyme fuel cell has a structure in which a negative electrode 21 and a positive electrode 22 face each other with an electrolyte layer 23 interposed therebetween. The negative electrode 21 decomposes glucose supplied as fuel with an enzyme to extract electrons and generate protons (H + ). The positive electrode 22 generates water by protons transported from the negative electrode 21 through the electrolyte layer 23, electrons sent from the negative electrode 21 through an external circuit, and oxygen in the air, for example.

負極21においては、カーボンなどからなる電極11に、グルコースの分解に関与する酵素、グルコースの分解プロセスにおける酸化反応に伴って還元体が生成される補酵素および補酵素の還元体を酸化する補酵素酸化酵素が固定化されている。負極21には、必要に応じて、補酵素酸化酵素から補酵素の酸化に伴って生じる電子を受け取って電極11に渡す電子メディエーターも固定化される。   In the negative electrode 21, an enzyme involved in the decomposition of glucose, a coenzyme in which a reductant is generated by an oxidation reaction in the glucose decomposition process, and a coenzyme that oxidizes the reductant of the coenzyme are formed on the electrode 11 made of carbon or the like. Oxidase is immobilized. If necessary, an electron mediator that receives electrons generated from the coenzyme oxidase accompanying the oxidation of the coenzyme and passes it to the electrode 11 is also immobilized on the negative electrode 21.

グルコースの分解に関与する酵素としては、例えば、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)、好適にはNAD依存型グルコースデヒドロゲナーゼを用いることができる。この酸化酵素を存在させることにより、例えば、β−D−グルコースをD−グルコノ−δ−ラクトンに酸化することができる。   As an enzyme involved in the degradation of glucose, for example, glucose dehydrogenase (GDH), preferably NAD-dependent glucose dehydrogenase can be used. In the presence of this oxidase, for example, β-D-glucose can be oxidized to D-glucono-δ-lactone.

さらに、このD−グルコノ−δ−ラクトンは、グルコノキナーゼとフォスフォグルコネートデヒドロゲナーゼ(PhGDH)との二つの酵素を存在させることにより、2−ケト−6−フォスフォ−D−グルコネートに分解することができる。すなわち、D−グルコノ−δ−ラクトンは、加水分解によりD−グルコネートになり、D−グルコネートは、グルコノキナーゼの存在下、アデノシン三リン酸(ATP)をアデノシン二リン酸(ADP)とリン酸とに加水分解することでリン酸化されて、6−フォスフォ−D−グルコネートになる。この6−フォスフォ−D−グルコネートは、酸化酵素PhGDHの作用により、2−ケト−6−フォスフォ−D−グルコネートに酸化される。   Furthermore, this D-glucono-δ-lactone can be decomposed into 2-keto-6-phospho-D-gluconate by the presence of two enzymes, gluconokinase and phosphogluconate dehydrogenase (PhGDH). Can do. That is, D-glucono-δ-lactone is converted to D-gluconate by hydrolysis, and D-gluconate is converted to adenosine triphosphate (ATP) and adenosine diphosphate (ADP) in the presence of gluconokinase. And then phosphorylated to 6-phospho-D-gluconate. This 6-phospho-D-gluconate is oxidized to 2-keto-6-phospho-D-gluconate by the action of the oxidase PhGDH.

また、グルコースは上記分解プロセスのほかに、糖代謝を利用してCO2 まで分解することもできる。この糖代謝を利用した分解プロセスは、解糖系によるグルコースの分解およびピルビン酸の生成ならびにTCA回路に大別されるが、これらは広く知られた反応系である。 In addition to the above decomposition process, glucose can also be decomposed to CO 2 by utilizing sugar metabolism. The decomposition process utilizing sugar metabolism is roughly divided into glucose decomposition and pyruvic acid generation by a glycolysis system and a TCA cycle, which are widely known reaction systems.

単糖類の分解プロセスにおける酸化反応は、補酵素の還元反応を伴って行われる。この補酵素は作用する酵素によってほぼ定まっており、GDHの場合、補酵素にはNAD+ が用いられる。すなわち、GDHの作用によりβ−D−グルコースがD−グルコノ−δ−ラクトンに酸化されると、NAD+ がNADHに還元され、H+ を発生する。 The oxidation reaction in the monosaccharide decomposition process is accompanied by a coenzyme reduction reaction. This coenzyme is almost determined by the acting enzyme. In the case of GDH, NAD + is used as the coenzyme. That is, when β-D-glucose is oxidized to D-glucono-δ-lactone by the action of GDH, NAD + is reduced to NADH to generate H + .

生成されたNADHは、ジアホラーゼ(DI)の存在下で直ちにNAD+ に酸化され、二つの電子とH+ とを発生する。したがって、グルコース1分子につき1段階の酸化反応で二つの電子と二つのH+ とが生成されることになる。2段階の酸化反応では、合計四つの電子と四つのH+ とが生成される。 The produced NADH is immediately oxidized to NAD + in the presence of diaphorase (DI), generating two electrons and H + . Therefore, two electrons and two H + are generated by one-step oxidation reaction per glucose molecule. In the two-stage oxidation reaction, a total of four electrons and four H + are generated.

上記プロセスで生成された電子はジアホラーゼから電子メディエーターを介して負極21の電極11に渡され、H+ は電解質層23を通って正極22へ輸送される。 Electrons generated in the above process are transferred from diaphorase to the electrode 11 of the negative electrode 21 through the electron mediator, and H + is transported to the positive electrode 22 through the electrolyte layer 23.

上記の酵素、補酵素および電子メディエーターは、電極反応が効率よく定常的に行われるようにするために、電解質層23に含まれるリン酸緩衝液やトリス緩衝液などの緩衝液によって、酵素にとって最適なpH、例えばpH7付近に維持されていることが好ましい。リン酸緩衝液としては、例えばNaH2 PO4 やKH2 PO4 が用いられる。さらに、イオン強度(I.S.)は、あまり大きすぎても小さすぎても酵素活性に悪影響を与えるが、電気化学応答性も考慮すると、適度なイオン強度、例えば0.3程度であることが好ましい。ただし、pHおよびイオン強度は、用いる酵素それぞれに最適値が存在し、上述した値に限定されない。 The above enzyme, coenzyme, and electron mediator are optimal for the enzyme by using a buffer solution such as a phosphate buffer solution or a Tris buffer solution contained in the electrolyte layer 23 so that the electrode reaction can be performed efficiently and constantly. It is preferably maintained at a low pH, for example, around pH 7. As the phosphate buffer, for example, NaH 2 PO 4 or KH 2 PO 4 is used. Further, the ionic strength (IS) is too large or too small to adversely affect the enzyme activity, but considering the electrochemical response, it should be an appropriate ionic strength, for example, about 0.3. Is preferred. However, pH and ionic strength have optimum values for each enzyme used, and are not limited to the values described above.

図11には、一例として、グルコースの分解に関与する酵素がグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)、グルコースの分解プロセスにおける酸化反応に伴って還元体が生成される補酵素がNAD+ 、補酵素の還元体であるNADHを酸化する補酵素酸化酵素がジアホラーゼ(DI)、補酵素酸化酵素から補酵素の酸化に伴って生じる電子を受け取って負極21の電極11に渡す電子メディエーターがACNQである場合が図示されている。 In FIG. 11, as an example, the enzyme involved in the degradation of glucose is glucose dehydrogenase (GDH), the coenzyme that produces a reductant in the oxidation reaction in the glucose degradation process is NAD + , and the coenzyme reductant. A case where the coenzyme oxidase that oxidizes certain NADH is diaphorase (DI), and the electron mediator that receives electrons generated from the coenzyme oxidase accompanying the oxidation of the coenzyme and passes it to the electrode 11 of the negative electrode 21 is ACNQ is illustrated. Yes.

正極22としては、第2の実施の形態による酵素電極が用いられる。この酵素電極には、例えば、ビリルビンオキシダーゼ、ラッカーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼなどの酸素還元酵素が固定化される。正極22には、好適には、酸素還元酵素に加えて、この正極22との間で電子の受け渡しを行う電子メディエーターも固定化される。   As the positive electrode 22, the enzyme electrode according to the second embodiment is used. For example, oxygen reductases such as bilirubin oxidase, laccase, and ascorbate oxidase are immobilized on the enzyme electrode. Preferably, in addition to the oxygen reductase, an electron mediator that transfers electrons to and from the positive electrode 22 is also immobilized on the positive electrode 22.

この正極22においては、上記の酸素を分解する酵素の存在下で、電解質層23からのH+ と負極21からの電子とにより空気中の酸素を還元し水を生成する。 In the positive electrode 22, in the presence of the enzyme that decomposes oxygen, oxygen in the air is reduced by H + from the electrolyte layer 23 and electrons from the negative electrode 21 to generate water.

電解質層23は負極21において発生したH+ を正極22に輸送するためのもので、電子伝導性を持たず、H+ を輸送することが可能な材料により構成されている。電解質層23としては、具体的には、例えば、セロハンなどの既に挙げたものが用いられる。 The electrolyte layer 23 is for transporting H + generated in the negative electrode 21 to the positive electrode 22, and is made of a material that does not have electron conductivity and can transport H + . Specific examples of the electrolyte layer 23 include those already mentioned, such as cellophane.

以上のように構成された酵素燃料電池において、負極21側にグルコースが供給されると、このグルコースが酸化酵素を含む分解酵素により分解される。この単糖類の分解プロセスで酸化酵素が関与することで、負極21側で電子とH+ とを生成することができ、負極21と正極22との間で電流を発生させることができる。 In the enzyme fuel cell configured as described above, when glucose is supplied to the negative electrode 21 side, the glucose is decomposed by a decomposing enzyme containing an oxidase. Since the oxidase is involved in the monosaccharide decomposition process, electrons and H + can be generated on the negative electrode 21 side, and a current can be generated between the negative electrode 21 and the positive electrode 22.

次に、酵素燃料電池の具体的な構造例について説明する。
図12AおよびBに示すように、この酵素燃料電池は、負極21と正極22とが電解質層23を介して対向した構成を有している。この場合、正極22の下および負極21の下にそれぞれTi集電体41、42が置かれ、集電を容易に行うことができるようになっている。符号43、44は固定板を示す。これらの固定板43、44はねじ45により相互に締結され、それらの間に、正極22、負極21、電解質層23およびTi集電体41、42の全体が挟み込まれている。固定板43の一方の面(外側の面)には空気取り込み用の円形の凹部43aが設けられ、この凹部43aの底面に他方の面まで貫通した多数の穴43bが設けられている。これらの穴43bは正極22への空気の供給路となる。一方、固定板44の一方の面(外側の面)には燃料装填用の円形の凹部44aが設けられ、この凹部44aの底面に他方の面まで貫通した多数の穴44bが設けられている。これらの穴44bは負極21への燃料の供給路となる。この固定板44の他方の面の周辺部にはスペーサー46が設けられており、固定板43、44をねじ45により相互に締結したときにそれらの間隔が所定の間隔になるようになっている。
Next, a specific structural example of the enzyme fuel cell will be described.
As shown in FIGS. 12A and 12B, the enzyme fuel cell has a configuration in which a negative electrode 21 and a positive electrode 22 face each other with an electrolyte layer 23 interposed therebetween. In this case, Ti current collectors 41 and 42 are placed under the positive electrode 22 and the negative electrode 21, respectively, so that current collection can be performed easily. Reference numerals 43 and 44 denote fixed plates. The fixing plates 43 and 44 are fastened to each other by screws 45, and the positive electrode 22, the negative electrode 21, the electrolyte layer 23, and the Ti current collectors 41 and 42 are sandwiched between them. One surface (outer surface) of the fixing plate 43 is provided with a circular recess 43a for taking in air, and a plurality of holes 43b penetrating to the other surface are provided in the bottom surface of the recess 43a. These holes 43 b serve as air supply paths to the positive electrode 22. On the other hand, a circular recess 44a for fuel loading is provided on one surface (outer surface) of the fixing plate 44, and a number of holes 44b penetrating to the other surface are provided on the bottom surface of the recess 44a. These holes 44 b serve as a fuel supply path to the negative electrode 21. A spacer 46 is provided on the periphery of the other surface of the fixing plate 44, and when the fixing plates 43 and 44 are fastened to each other with screws 45, the interval between them becomes a predetermined interval. .

図12Bに示すように、Ti集電体41、42の間に負荷47を接続し、固定板44の凹部44aに燃料として例えばリン酸緩衝液にグルコースを溶かしたグルコース溶液を入れて発電を行う。   As shown in FIG. 12B, a load 47 is connected between the Ti current collectors 41 and 42, and a glucose solution in which glucose is dissolved in, for example, a phosphate buffer solution is put into the recess 44a of the fixed plate 44 to generate electric power. .

この第3の実施の形態によれば、各種の電子機器の電源などに用いて好適な高出力の酵素燃料電池を得ることができる。   According to the third embodiment, a high-power enzyme fuel cell suitable for use as a power source for various electronic devices can be obtained.

〈4.第4の実施の形態〉
[バイオリアクター]
図13は第4の実施の形態によるバイオリアクターを示す。
<4. Fourth Embodiment>
[Bioreactor]
FIG. 13 shows a bioreactor according to the fourth embodiment.

図13に示すように、このバイオリアクターにおいては、カラムリアクター内に第2の実施の形態により製造される酵素電極51が設置されている。この酵素電極51に固定化する酸化還元酵素は、このバイオリアクターの用途などに応じて適宜選ばれる。   As shown in FIG. 13, in this bioreactor, an enzyme electrode 51 manufactured according to the second embodiment is installed in a column reactor. The oxidoreductase immobilized on the enzyme electrode 51 is appropriately selected according to the use of the bioreactor.

このバイオリアクターにおいては、反応物を含む溶液をカラムリアクターに流して酵素電極51と接触させる。そして、この酵素電極51に固定化された酵素による酵素反応により反応物から生成物が得られる。   In this bioreactor, a solution containing a reactant is passed through the column reactor and brought into contact with the enzyme electrode 51. Then, a product is obtained from the reaction product by an enzyme reaction with an enzyme immobilized on the enzyme electrode 51.

このバイオリアクターにおいては、上記以外のことは、その性質に反しない限り、第2の実施の形態と同様である。   In this bioreactor, other than the above are the same as those in the second embodiment unless contrary to the nature thereof.

この第4の実施の形態によれば、高性能のバイオリアクターを実現することができる。   According to the fourth embodiment, a high-performance bioreactor can be realized.

〈5.第5の実施の形態〉
[酵素インク]
第5の実施の形態による酵素インクは、カーボン粒子と、親水性(あるいは水溶性)のバインダーと、酸化還元酵素と、電子メディエーターとしてのABTSと、少なくとも水を含む溶媒とを含む。ここで、ABTSは、カーボン粒子と酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子としても機能しうる。カーボン粒子、バインダー、酸化還元酵素および溶媒については、第1の実施の形態と同様である。この酵素インクにおける各成分の含有量も、第1の実施の形態と同様である。
<5. Fifth Embodiment>
[Enzyme ink]
The enzyme ink according to the fifth embodiment includes carbon particles, a hydrophilic (or water-soluble) binder, an oxidoreductase, ABTS as an electron mediator, and a solvent containing at least water. Here, ABTS can also function as a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase. The carbon particles, binder, oxidoreductase and solvent are the same as those in the first embodiment. The content of each component in the enzyme ink is the same as that in the first embodiment.

[酵素インクの製造方法]
この酵素インクの製造方法は、第1の実施の形態と同様である。
[Method for producing enzyme ink]
The method for producing the enzyme ink is the same as that in the first embodiment.

〈実施例21〉
ケッチェンブラック0.25g、VGCF(登録商標)0.25g、カルボキシメチルセルロース0.1gおよびビリルビンオキシダーゼ0.3gをそれぞれ粉の状態で混合する。
<Example 21>
Ketjen Black 0.25 g, VGCF (registered trademark) 0.25 g, carboxymethylcellulose 0.1 g and bilirubin oxidase 0.3 g are mixed in a powder state.

この混合物にABTS0.2gを粉の状態で混合した後、水4mlを加えて混練し、インク状にした。こうして酵素インクを製造した。   After ABTS 0.2g was mixed with this mixture in a powder state, 4 ml of water was added and kneaded to make an ink. An enzyme ink was thus produced.

〈実施例22〉
ケッチェンブラック0.25g、VGCF(登録商標)0.25g、カルボキシメチルセルロース0.1g、ビリルビンオキシダーゼ0.3gおよびラフィノース0.5gをそれぞれ粉の状態で混合する。
<Example 22>
Ketjen Black 0.25 g, VGCF (registered trademark) 0.25 g, carboxymethylcellulose 0.1 g, bilirubin oxidase 0.3 g and raffinose 0.5 g are mixed in powder form.

この混合物にABTS0.2gを粉の状態で混合した後、水4mlを加えて混練し、インク状にした。こうして酵素インクを製造した。   After ABTS 0.2g was mixed with this mixture in a powder state, 4 ml of water was added and kneaded to make an ink. An enzyme ink was thus produced.

〈実施例23〉
ケッチェンブラック0.25g、VGCF(登録商標)0.25g、カルボキシメチルセルロース0.1g、ビリルビンオキシダーゼ0.3g、ラフィノース0.5gおよび2−6ナフタレンジカルボン酸0.085gをそれぞれ粉の状態で混合する。
<Example 23>
Ketjen Black 0.25 g, VGCF (registered trademark) 0.25 g, carboxymethylcellulose 0.1 g, bilirubin oxidase 0.3 g, raffinose 0.5 g and 2-6 naphthalenedicarboxylic acid 0.085 g are mixed in a powder state. .

この混合物にABTS0.2gを粉の状態で混合した後、水4mlを加えて混練し、インク状にした。こうして酵素インクを製造した。   After ABTS 0.2g was mixed with this mixture in a powder state, 4 ml of water was added and kneaded to make an ink. An enzyme ink was thus produced.

この第5の実施の形態によれば、酵素インクは、カーボン粒子と、親水性(あるいは水溶性)のバインダーと、酸化還元酵素と、電子メディエーターとしてだけでなく、カーボン粒子と酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子しても機能しうるABTSと、少なくとも水を含む溶媒とを含有する。この酵素インクによれば、ABTSの溶出を防止することができるABTS固定化酵素電極を製造することができる。また、カーボン粒子と親水性のバインダーと水とにより均一な水混和性を得ることができ、ABTSおよび酸化還元酵素を均一に分散させることができる。   According to the fifth embodiment, the enzyme ink includes not only carbon particles, a hydrophilic (or water-soluble) binder, an oxidoreductase, and an electron mediator, but also carbon particles and an oxidoreductase. It contains ABTS that can function even as a promoter molecule that promotes electron transfer between them, and a solvent containing at least water. According to this enzyme ink, an ABTS-immobilized enzyme electrode that can prevent the elution of ABTS can be produced. Moreover, uniform water miscibility can be obtained by the carbon particles, the hydrophilic binder, and water, and ABTS and oxidoreductase can be uniformly dispersed.

〈6.第6の実施の形態〉
[酵素電極およびその製造方法]
この第6の実施の形態においては、第5の実施の形態による酵素インクを用いて第2の実施の形態と同様にして酵素電極を製造する。
<6. Sixth Embodiment>
[Enzyme electrode and production method thereof]
In the sixth embodiment, an enzyme electrode is manufactured in the same manner as in the second embodiment using the enzyme ink according to the fifth embodiment.

[電子メディエーターの溶出確認実験]
電極に固定化した電子メディエーターの溶出の有無あるいは程度を確認するために実験を行った。
[Electronic mediator elution confirmation experiment]
An experiment was conducted to confirm the presence or absence of elution of the electron mediator immobilized on the electrode.

ここでは、第5の実施の形態による酵素インクの酸化還元酵素以外の成分として、カーボン粒子としてケッチェンブラックおよびVGCF(登録商標)、親水性(あるいは水溶性)のバインダーとしてカルボキシメチルセルロース、ABTSおよび水を含む場合を考える。まず、各成分の有無によるABTSの溶出への影響の確認を行った。このために四つの電極A、B、CおよびDを作製した。電極Aは、ケッチェンブラック0.25gおよびVGCF(登録商標)0.25g、カルボキシメチルセルロース0.1gおよび水4mlを含むインクをコーターにより不織布に塗布し、25mMのABTSを20μlディップした後、水を乾燥させることにより作製した。電極Bは、電極Aの作製に用いたインクのうちのカルボキシメチルセルロースを0gとしたインクを用いて同様に作製した。電極Cは、電極Aの作製に用いたインクのうちのケッチェンブラックを0g、VGCF(登録商標)を0.5gとしたインクを用いて同様に作製した。電極Dは、電極Aの作製に用いたインクのうちのケッチェンブラックを0.5g、VGCF(登録商標)を0としたインクを用いて同様に作製した。   Here, as components other than the oxidoreductase of the enzyme ink according to the fifth embodiment, Ketjen black and VGCF (registered trademark) as carbon particles, carboxymethylcellulose, ABTS and water as hydrophilic (or water-soluble) binders are used. Consider the case where First, the influence on the elution of ABTS by the presence or absence of each component was confirmed. For this purpose, four electrodes A, B, C and D were prepared. For electrode A, an ink containing 0.25 g of Ketjen Black, 0.25 g of VGCF (registered trademark), 0.1 g of carboxymethylcellulose and 4 ml of water was applied to the nonwoven fabric by a coater, and 20 μl of 25 mM ABTS was dipped, It was prepared by drying. The electrode B was similarly produced using the ink which made the carboxymethylcellulose 0g of the ink used for preparation of the electrode A. FIG. The electrode C was similarly manufactured using the ink which used the ketjen black of the ink used for preparation of the electrode A as 0 g, and VGCF (trademark) 0.5g. The electrode D was prepared in the same manner by using an ink having 0.5 g of ketjen black and 0 of VGCF (registered trademark) among the inks used to prepare the electrode A.

これらの電極A、B、CおよびDを用い、1.0Mリン酸緩衝液 pH7.0の溶液中でサイクリックボルタンメトリー(CV)測定を行った。電位掃引速度は10mV/sとした。1測定ごとに溶液を捨て、水で電極を洗った後、再び溶液を加えて再度CV測定を行うというようにしてCV測定を5サイクル行った。   Using these electrodes A, B, C and D, cyclic voltammetry (CV) measurement was performed in a solution of 1.0 M phosphate buffer pH 7.0. The potential sweep rate was 10 mV / s. The solution was discarded for each measurement, the electrode was washed with water, the solution was added again, and CV measurement was performed again for 5 cycles.

電極A、B、CおよびDを用いて行った5回のCV測定の結果をそれぞれ図14、図15、図16および図17に示す。図14、図15、図16および図17に示すように、電極A、B、CおよびDのいずれも電流が得られるが、CV測定を5サイクル行った後の電流値の変化は電極Aが最も少なく、このことから、電極作製用インクにケッチェンブラック、VGCF(登録商標)およびカルボキシメチルセルロースを含むことがABTSの溶出防止に有効であることが分かる。   The results of five CV measurements performed using electrodes A, B, C, and D are shown in FIGS. 14, 15, 16, and 17, respectively. As shown in FIGS. 14, 15, 16, and 17, current is obtained for all of electrodes A, B, C, and D, but the change in current value after 5 cycles of CV measurement is caused by electrode A From this, it can be seen that the inclusion of ketjen black, VGCF (registered trademark) and carboxymethylcellulose in the electrode preparation ink is effective in preventing ABTS elution.

次に、電極に固定化する電子メディエーターをABTSまたはフェリシアン化カリウム(FeCN)(ヘキサシアノ鉄酸カリウム)の二種類に変えてそれらの溶出の有無あるいは程度を確認するための実験を行った。電極を作製するためのインクの電子メディエーター以外の成分としては、上記の電極A、B、CおよびDの中でABTSの溶出防止性能が最も良かった電極Aの作製に用いたインクと同様な成分、すなわち、ケッチェンブラック、VGCF(登録商標)およびカルボキシメチルセルロースを用いた。   Next, the electron mediator immobilized on the electrode was changed to two types of ABTS or potassium ferricyanide (FeCN) (potassium hexacyanoferrate), and an experiment was conducted to confirm the presence or degree of their elution. As components other than the electron mediator of the ink for producing the electrode, among the electrodes A, B, C and D, the same components as the ink used for producing the electrode A having the best ABTS elution prevention performance That is, ketjen black, VGCF (registered trademark) and carboxymethylcellulose were used.

実験を行うために、二つのインク試料1、2を作製した。インク試料1は、第5の実施の形態による酵素インクの酸化還元酵素以外の成分として、カーボン粒子としてケッチェンブラック0.25gおよびVGCF(登録商標)0.25g、親水性(あるいは水溶性)のバインダーとしてカルボキシメチルセルロース0.1g、ABTS0.1g、水4mlを含むインクである。インク試料2は、インク試料1におけるABTSの代わりにフェリシアン化カリウム(FeCN)0.1gを含むものであり、インク試料1との比較のためのものである。なお、インク試料1、2の成分を混合後、10分間の泡取りを2回行った。   In order to perform the experiment, two ink samples 1 and 2 were prepared. Ink sample 1 contains 0.25 g of Ketjen Black and 0.25 g of VGCF (registered trademark) as carbon particles as components other than the oxidoreductase of the enzyme ink according to the fifth embodiment, and is hydrophilic (or water-soluble). An ink containing 0.1 g of carboxymethyl cellulose, 0.1 g of ABTS, and 4 ml of water as a binder. Ink sample 2 contains 0.1 g of potassium ferricyanide (FeCN) instead of ABTS in ink sample 1, and is for comparison with ink sample 1. In addition, after mixing the components of the ink samples 1 and 2, foaming for 10 minutes was performed twice.

基板11として不織布を用い、この不織布上に上記のインク試料1、2をコーターにより厚さ50μm塗布した後、ホットプレート上で40℃で2時間加熱し、水を乾燥除去して電極を作製した。   A non-woven fabric was used as the substrate 11, and the above ink samples 1 and 2 were coated on the non-woven fabric by a coater with a thickness of 50 μm, and then heated on a hot plate at 40 ° C. for 2 hours to dry and remove water to produce an electrode. .

インク試料1を用いて作製された電極を電極E、インク試料2を用いて作製された電極を電極Fとした。   The electrode produced using the ink sample 1 was designated as electrode E, and the electrode produced using the ink sample 2 was designated as electrode F.

これらの電極E、Fを用い、1.0Mリン酸緩衝液 pH7.0の溶液中でCV測定を行った。電位掃引速度は10mV/sとした。1測定ごとに溶液を捨て、水で電極を洗った後、再び溶液を加えて再度CV測定を行うというようにしてCV測定を5サイクル行った。   Using these electrodes E and F, CV measurement was performed in a solution of 1.0 M phosphate buffer pH 7.0. The potential sweep rate was 10 mV / s. The solution was discarded for each measurement, the electrode was washed with water, the solution was added again, and CV measurement was performed again for 5 cycles.

電極Eを用いて行った5回のCV測定の結果を図18に示す。図19は、各回のCV測定により得られたピーク電流値の変化を、1回目の測定により得られたピーク電流値を100%として示したものである。また、電極Fを用いて行った3回のCV測定の結果を図20に示す。図21は、各回のCV測定により得られたピーク電流値の変化を、1回目の測定により得られたピーク電流値を100%として示したものである。   The results of five CV measurements performed using electrode E are shown in FIG. FIG. 19 shows changes in the peak current value obtained by each CV measurement, with the peak current value obtained by the first measurement being 100%. Moreover, the result of 3 times of CV measurements performed using the electrode F is shown in FIG. FIG. 21 shows the change in the peak current value obtained by each CV measurement, with the peak current value obtained by the first measurement being 100%.

図18〜図21から分かるように、ABTSを固定化した電極Eでは、CV測定を5サイクル行ってもピーク電流値はほとんど変化していないのに対し、FeCNを固定化した電極Fでは、2回目のCV測定により得られるピーク電流値は、1回目のCV測定により得られるピーク電流値の約30%に激減している。すなわち、FeCNを固定化した電極Fでは、FeCNが容易に溶出してしまうのに対し、ABTSを固定化した電極Eでは、ABTSがほとんど溶出しないことが分かる。このことから、電極EではABTSが強固に固定化されていることが分かる。   As can be seen from FIGS. 18 to 21, in the electrode E in which ABTS is fixed, the peak current value hardly changes even when CV measurement is performed for five cycles, whereas in the electrode F in which FeCN is fixed, 2 The peak current value obtained by the first CV measurement is drastically reduced to about 30% of the peak current value obtained by the first CV measurement. That is, it can be seen that FeCN is easily eluted in the electrode F on which FeCN is immobilized, whereas ABTS is hardly eluted in the electrode E on which ABTS is immobilized. From this, it can be seen that ABTS is firmly fixed on the electrode E.

〈実施例24〉
基板11として不織布を用い、この不織布上に実施例21で製造した酵素インク12をコーターにより厚さ50μm塗布した後、ホットプレート上で75℃で2時間加熱し、水を乾燥除去した。
<Example 24>
A non-woven fabric was used as the substrate 11, and the enzyme ink 12 produced in Example 21 was applied to the non-woven fabric by a coater with a thickness of 50 μm, and then heated on a hot plate at 75 ° C. for 2 hours to dry and remove water.

こうして、ケッチェンブラックとVGCF(登録商標)とカルボキシメチルセルロースとABTSとビリルビンオキシダーゼとからなる酵素電極13が不織布からなる基板11上に形成された。   Thus, the enzyme electrode 13 made of ketjen black, VGCF (registered trademark), carboxymethylcellulose, ABTS, and bilirubin oxidase was formed on the substrate 11 made of nonwoven fabric.

〈実施例25〉
基板11として不織布を用い、この不織布上に実施例22で製造した酵素インク12をコーターにより厚さ50μm塗布した後、ホットプレート上で75℃で2時間加熱し、水を乾燥除去した。
<Example 25>
A non-woven fabric was used as the substrate 11, and the enzyme ink 12 produced in Example 22 was applied on the non-woven fabric by a coater to a thickness of 50 μm, and then heated on a hot plate at 75 ° C. for 2 hours to dry and remove water.

こうして、ケッチェンブラックとVGCF(登録商標)とカルボキシメチルセルロースとABTSとビリルビンオキシダーゼとラフィノースとからなる酵素電極13が不織布からなる基板11上に形成された。   Thus, the enzyme electrode 13 made of ketjen black, VGCF (registered trademark), carboxymethylcellulose, ABTS, bilirubin oxidase and raffinose was formed on the substrate 11 made of nonwoven fabric.

〈実施例26〉
基板11として不織布を用い、この不織布上に実施例23で製造した酵素インク12をコーターにより厚さ50μm塗布した後、ホットプレート上で75℃で2時間加熱し、水を乾燥除去した。
<Example 26>
A nonwoven fabric was used as the substrate 11, and the enzyme ink 12 produced in Example 23 was applied on the nonwoven fabric by a coater to a thickness of 50 μm, and then heated on a hot plate at 75 ° C. for 2 hours to dry and remove water.

こうして、ケッチェンブラックとVGCF(登録商標)とカルボキシメチルセルロースとABTSとビリルビンオキシダーゼとラフィノースと2−6ナフタレンジカルボン酸とからなる酵素電極13が不織布からなる基板11上に形成された。   Thus, the enzyme electrode 13 made of ketjen black, VGCF (registered trademark), carboxymethylcellulose, ABTS, bilirubin oxidase, raffinose and 2-6 naphthalenedicarboxylic acid was formed on the substrate 11 made of nonwoven fabric.

実施例24〜26の酵素電極を1.0Mリン酸緩衝液 pH5.0(0.8Mのグルコースを含む)の溶液中で定電位測定(0.4V vs Ag|AgCl(sat.KCl)した。実施例24〜26の測定結果を図22に示す。図22より、ラフィノースを含む実施例22の酵素インクを用いて作製された実施例24の酵素電極では、ラフィノースを含まない実施例21の酵素インクを用いて作製された実施例25の酵素電極に比べて、電流値が大幅に向上していることが分かる。また、ラフィノースに加えて2−6ナフタレンジカルボン酸を含む実施例23の酵素インクを用いて作製された実施例26の酵素電極では、ラフィノースを含む実施例22の酵素インクを用いて作製された実施例25の酵素電極に比べて、電流値がより向上し、特に初期の電流値が大幅に向上していることが分かる。   The enzyme electrodes of Examples 24-26 were subjected to constant potential measurement (0.4 V vs Ag | AgCl (sat. KCl)) in a solution of 1.0 M phosphate buffer pH 5.0 (containing 0.8 M glucose). The measurement results of Examples 24 to 26 are shown in Fig. 22. From Fig. 22, the enzyme electrode of Example 24 produced using the enzyme ink of Example 22 containing raffinose, the enzyme of Example 21 containing no raffinose. It can be seen that the current value is greatly improved as compared with the enzyme electrode of Example 25 produced using ink, and the enzyme ink of Example 23 containing 2-6 naphthalenedicarboxylic acid in addition to raffinose. In the enzyme electrode of Example 26 produced using the same, the current value was further improved compared to the enzyme electrode of Example 25 produced using the enzyme ink of Example 22 containing raffinose. In particular it is found that the initial current value is greatly improved.

実施例26の酵素電極と電子メディエーターとしてFeCNを用いた比較例6の酵素電極(コントロール電極)との電圧特性を評価した結果を図23に示す。比較例6の酵素電極は、上記のインク試料2にビリルビンオキシダーゼを加えた酵素インクを用いて作製された酵素電極である。図23には、各電位でそれぞれ定電位測定を行い、1時間後の電流値をプロットしてある。図23より、ABTSはFeCNより酸化還元電位が高いため、電流値の立ち上がりが高電圧側にシフトしていることが分かる。   FIG. 23 shows the results of evaluating the voltage characteristics of the enzyme electrode of Example 26 and the enzyme electrode (control electrode) of Comparative Example 6 using FeCN as the electron mediator. The enzyme electrode of Comparative Example 6 is an enzyme electrode produced using an enzyme ink obtained by adding bilirubin oxidase to the ink sample 2 described above. In FIG. 23, constant potential measurement is performed at each potential, and the current value after one hour is plotted. From FIG. 23, it can be seen that ABTS has a higher oxidation-reduction potential than FeCN, and therefore the rise of the current value is shifted to the high voltage side.

以上のように、この第6の実施の形態によれば、カーボン粒子と、親水性(あるいは水溶性)のバインダーと、酸化還元酵素と、ABTSと、少なくとも水を含む溶媒とを含む酵素インク12を基板11上に塗布することにより酵素電極13を製造している。この酵素電極13ではABTSの溶出を防止することができるため、例えばこの酵素電極13を酵素燃料電池の正極に用いた場合、長期に亘って出力電流を維持することができる。さらに、この酵素電極13は、ABTSがプロモータ分子として働くことにより促進される直接電子移動反応あるいはABTSが電子メディエーターとして働くことにより高い電流密度を得ることができる。また、ABTSは、カーボン粒子に共有結合で結合する必要がなく、酵素インクに混ぜ、この酵素インクを塗布または印刷するだけで酵素電極13を簡便に製造することができる。   As described above, according to the sixth embodiment, the enzyme ink 12 includes carbon particles, a hydrophilic (or water-soluble) binder, an oxidoreductase, ABTS, and a solvent containing at least water. Is applied on the substrate 11 to produce the enzyme electrode 13. Since the enzyme electrode 13 can prevent the elution of ABTS, for example, when the enzyme electrode 13 is used as the positive electrode of the enzyme fuel cell, the output current can be maintained over a long period of time. Further, the enzyme electrode 13 can obtain a high current density by direct electron transfer reaction promoted by ABTS acting as a promoter molecule or ABTS acting as an electron mediator. ABTS does not need to be covalently bonded to the carbon particles, and the enzyme electrode 13 can be easily produced simply by mixing with enzyme ink and applying or printing this enzyme ink.

以上、実施の形態および実施例について具体的に説明したが、本開示は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。   Although the embodiments and examples have been specifically described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.

例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。   For example, the numerical values, structures, configurations, shapes, materials, and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different numerical values, structures, configurations, shapes, materials, etc. are used as necessary. Also good.

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)正極と、負極と、上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、上記正極が、カーボン粒子と、親水性のバインダーと、酸化還元酵素と、上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子とを有する酵素燃料電池。
(2)上記プロモータ分子は上記カーボン粒子と結合する部位と上記酸化還元酵素と結合する部位とを有する前記(1)に記載の酵素燃料電池。
(3)上記プロモータ分子は有機酸である前記(1)または(2)に記載の酵素燃料電池。
(4)上記有機酸は水に難溶である前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の酵素燃料電池。
(5)上記有機酸はカルボン酸である前記(3)に記載の酵素燃料電池。
(6)上記カルボン酸は、少なくとも一つのベンゼン環を有する化合物、少なくとも一つの複素環を有する化合物、脂肪酸およびクエン酸からなる群より選ばれた少なくとも一種類である前記(5)に記載の酵素燃料電池。
(7)上記カルボン酸は、アントラセン誘導体、ピレン誘導体またはナフタレン誘導体である前記(6)に記載の酵素燃料電池。
(8)上記カルボン酸は、2−アントラセンカルボン酸、9−アントラセンカルボン酸、1−ピレンカルボン酸、2−ナフタレン酢酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、安息香酸、ラウリン酸、クエン酸およびピロロキノリンキノンからなる群より選ばれた少なくとも一種類である前記(6)に記載の酵素燃料電池。
(9)上記酸化還元酵素は、グルコースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、ジアホラーゼ、NADHデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコン酸デヒドロゲナーゼ、セロビオースデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アミンデヒドロゲナーゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、ヒドロゲナーゼ、p−クレゾールメチルヒドロキシラーゼ、ヒスタミンデヒドロゲナーゼ、フマル酸リダクターゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、一酸化炭素デヒドロゲナーゼ、硝酸リダクターゼ、ヒ酸レダクターゼ、亜硫酸レダクターゼ、DMSOリダクターゼ、シトクロムC3 、マルチ銅オキシダーゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、シトクロムC、ヘモグロビン、ミオグロビン、シトクロムP450およびフェリチンからなる群より選ばれた少なくとも一種類である前記(1)ないし(8)のいずれかに記載の酵素燃料電池。
(10)上記正極が電子メディエーターをさらに有する前記(1)〜(9)のいずれかに記載の酵素燃料電池。
(11)上記電子メディエーターがABTSである前記(10)に記載の酵素燃料電池。
(12)
少なくとも一つの酵素燃料電池を有し、上記酵素燃料電池は、正極と、負極と、上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、上記正極が、カーボン粒子と、親水性のバインダーと、酸化還元酵素と、上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子とを有する電子機器。
(13)カーボン粒子と、親水性のバインダーと、酸化還元酵素と、上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、少なくとも水を含む溶媒とを含有する酵素インク。
(14)上記カーボン粒子の含有量は30重量%以上85重量%以下、上記バインダーの含有量は1重量%以上65重量%以下、上記プロモータ分子の含有量は5重量%以上15重量%以下である前記(13)に記載の酵素インク。
(15)さらに少なくとも一種類の糖類を含有する前記(13)または(14)に記載の酵素インク。
(16)上記糖類の含有量は3重量%以上85重量%以下である前記(15)に記載の酵素インク。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1) It has a positive electrode, a negative electrode, and a proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode has carbon particles, a hydrophilic binder, an oxidoreductase, and the carbon. An enzyme fuel cell comprising a promoter molecule that promotes electron transfer between particles and the oxidoreductase.
(2) The enzyme fuel cell according to (1), wherein the promoter molecule has a site that binds to the carbon particles and a site that binds to the oxidoreductase.
(3) The enzyme fuel cell according to (1) or (2), wherein the promoter molecule is an organic acid.
(4) The enzyme fuel cell according to any one of (1) to (3), wherein the organic acid is hardly soluble in water.
(5) The enzyme fuel cell according to (3), wherein the organic acid is a carboxylic acid.
(6) The enzyme according to (5), wherein the carboxylic acid is at least one selected from the group consisting of a compound having at least one benzene ring, a compound having at least one heterocyclic ring, a fatty acid, and citric acid. Fuel cell.
(7) The enzyme fuel cell according to (6), wherein the carboxylic acid is an anthracene derivative, pyrene derivative or naphthalene derivative.
(8) The above carboxylic acids are 2-anthracene carboxylic acid, 9-anthracene carboxylic acid, 1-pyrene carboxylic acid, 2-naphthalene acetic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, benzoic acid, lauric acid, citric acid and pyrroloquinoline. The enzyme fuel cell according to (6), wherein the enzyme fuel cell is at least one selected from the group consisting of quinones.
(9) The oxidoreductase is glucose oxidase, alcohol oxidase, glucose dehydrogenase, diaphorase, NADH dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, fructose dehydrogenase, gluconate dehydrogenase, cellobiose dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, amine dehydrogenase, succinate dehydrogenase, hydrogenase, p- cresol methyl hydroxylase, histamine dehydrogenase, fumarate reductase, succinate dehydrogenase, carbon monoxide dehydrogenase, nitrate reductase, arsenate reductase, sulfite reductase, DMSO reductase, cytochrome C 3, multi-copper oxidase, catalase, peroxidase, cytochrome C, hemoglobin Myoglobin, enzyme fuel cell according to any one of (1) to at least one type selected from the group consisting of cytochrome P450 and ferritin (8).
(10) The enzyme fuel cell according to any one of (1) to (9), wherein the positive electrode further includes an electron mediator.
(11) The enzyme fuel cell according to (10), wherein the electron mediator is ABTS.
(12)
Having at least one enzyme fuel cell, the enzyme fuel cell has a positive electrode, a negative electrode, and a proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode, the positive electrode comprising carbon particles; An electronic device comprising a hydrophilic binder, an oxidoreductase, and a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase.
(13) Enzyme ink containing carbon particles, a hydrophilic binder, an oxidoreductase, a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase, and a solvent containing at least water. .
(14) The carbon particle content is 30% by weight to 85% by weight, the binder content is 1% by weight to 65% by weight, and the promoter molecule content is 5% by weight to 15% by weight. The enzyme ink according to (13) above.
(15) The enzyme ink according to (13) or (14), further containing at least one kind of sugar.
(16) The enzyme ink according to (15), wherein the content of the saccharide is 3% by weight or more and 85% by weight or less.

11…基板、12…酵素インク、13…酵素電極、21…負極、22…正極、23…電解質層、41、42…Ti集電体、43、44…固定板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Board | substrate, 12 ... Enzyme ink, 13 ... Enzyme electrode, 21 ... Negative electrode, 22 ... Positive electrode, 23 ... Electrolyte layer, 41, 42 ... Ti collector, 43, 44 ... Fixed plate

Claims (19)

正極と、
負極と、
上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、
上記正極が、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子とを有する酵素燃料電池。
A positive electrode;
A negative electrode,
A proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode is
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
An enzyme fuel cell comprising a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase.
上記プロモータ分子は上記カーボン粒子と結合する部位と上記酸化還元酵素と結合する部位とを有する請求項1記載の酵素燃料電池。   The enzyme fuel cell according to claim 1, wherein the promoter molecule has a site that binds to the carbon particles and a site that binds to the oxidoreductase. 上記プロモータ分子は有機酸である請求項2記載の酵素燃料電池。   The enzyme fuel cell according to claim 2, wherein the promoter molecule is an organic acid. 上記有機酸は水に難溶である請求項2記載の酵素燃料電池。   The enzyme fuel cell according to claim 2, wherein the organic acid is hardly soluble in water. 上記有機酸はカルボン酸である請求項3記載の酵素燃料電池。   The enzyme fuel cell according to claim 3, wherein the organic acid is a carboxylic acid. 上記カルボン酸は、少なくとも一つのベンゼン環を有する化合物、少なくとも一つの複素環を有する化合物、脂肪酸およびクエン酸からなる群より選ばれた少なくとも一種類である請求項5記載の酵素燃料電池。   6. The enzyme fuel cell according to claim 5, wherein the carboxylic acid is at least one selected from the group consisting of a compound having at least one benzene ring, a compound having at least one heterocyclic ring, a fatty acid and citric acid. 上記カルボン酸は、アントラセン誘導体、ピレン誘導体またはナフタレン誘導体である請求項6記載の酵素燃料電池。   The enzyme fuel cell according to claim 6, wherein the carboxylic acid is an anthracene derivative, a pyrene derivative or a naphthalene derivative. 上記カルボン酸は、2−アントラセンカルボン酸、9−アントラセンカルボン酸、1−ピレンカルボン酸、2−ナフタレン酢酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、安息香酸、ラウリン酸、クエン酸およびピロロキノリンキノンからなる群より選ばれた少なくとも一種類である請求項6記載の酵素燃料電池。   The carboxylic acid comprises 2-anthracene carboxylic acid, 9-anthracene carboxylic acid, 1-pyrene carboxylic acid, 2-naphthalene acetic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, benzoic acid, lauric acid, citric acid and pyrroloquinoline quinone. The enzyme fuel cell according to claim 6, which is at least one selected from the group. 上記酸化還元酵素は、グルコースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、ジアホラーゼ、NADHデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコン酸デヒドロゲナーゼ、セロビオースデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アミンデヒドロゲナーゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、ヒドロゲナーゼ、p−クレゾールメチルヒドロキシラーゼ、ヒスタミンデヒドロゲナーゼ、フマル酸リダクターゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、一酸化炭素デヒドロゲナーゼ、硝酸リダクターゼ、ヒ酸レダクターゼ、亜硫酸レダクターゼ、DMSOリダクターゼ、シトクロムC3 、マルチ銅オキシダーゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、シトクロムC、ヘモグロビン、ミオグロビン、シトクロムP450およびフェリチンからなる群より選ばれた少なくとも一種類である請求項1記載の酵素燃料電池。 The oxidoreductase is glucose oxidase, alcohol oxidase, glucose dehydrogenase, diaphorase, NADH dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, fructose dehydrogenase, gluconate dehydrogenase, cellobiose dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, amine dehydrogenase, succinate dehydrogenase, hydrogenase, p-cresol methylhydroxyl. hydrolase, histamine dehydrogenase, fumarate reductase, succinate dehydrogenase, carbon monoxide dehydrogenase, nitrate reductase, arsenate reductase, sulfite reductase, DMSO reductase, cytochrome C 3, multi-copper oxidase, catalase, peroxidase, cytochrome C, hemoglobin, myo Robin, enzyme fuel cell according to claim 1, wherein at least one kind selected from the group consisting of cytochrome P450 and ferritin. 上記正極が電子メディエーターをさらに有する請求項1記載の酵素燃料電池。   The enzyme fuel cell according to claim 1, wherein the positive electrode further comprises an electron mediator. 上記電子メディエーターがABTSである請求項10記載の酵素燃料電池。   The enzyme fuel cell according to claim 10, wherein the electron mediator is ABTS. 少なくとも一つの酵素燃料電池を有し、
上記酵素燃料電池は、
正極と、
負極と、
上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、
上記正極が、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子とを有する電子機器。
Having at least one enzyme fuel cell;
The enzyme fuel cell is
A positive electrode;
A negative electrode,
A proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode is
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
An electronic device having a promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the oxidoreductase.
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
上記カーボン粒子と上記酸化還元酵素との間の電子移動を促進するプロモータ分子と、
少なくとも水を含む溶媒と
を含有する酵素インク。
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
A promoter molecule that promotes electron transfer between the carbon particles and the redox enzyme;
An enzyme ink containing a solvent containing at least water.
上記カーボン粒子の含有量は30重量%以上85重量%以下、上記バインダーの含有量は1重量%以上65重量%以下、上記プロモータ分子の含有量は5重量%以上15重量%以下である請求項13記載の酵素インク。   The carbon particle content is 30% by weight to 85% by weight, the binder content is 1% by weight to 65% by weight, and the promoter molecule content is 5% by weight to 15% by weight. 13. The enzyme ink according to 13. さらに少なくとも一種類の糖類を含有する請求項13記載の酵素インク。   The enzyme ink according to claim 13, further comprising at least one kind of sugar. 上記糖類の含有量は3重量%以上85重量%以下である請求項15記載の酵素インク。   The enzyme ink according to claim 15, wherein the content of the saccharide is 3 wt% or more and 85 wt% or less. 正極と、
負極と、
上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、
上記正極が、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
ABTSとを有する酵素燃料電池。
A positive electrode;
A negative electrode,
A proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode is
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
An enzyme fuel cell comprising ABTS.
少なくとも一つの酵素燃料電池を有し、
上記酵素燃料電池は、
正極と、
負極と、
上記正極と上記負極との間に設けられたプロトン伝導体とを有し、
上記正極が、
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
ABTSとを有する電子機器。
Having at least one enzyme fuel cell;
The enzyme fuel cell is
A positive electrode;
A negative electrode,
A proton conductor provided between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode is
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
Electronic equipment having ABTS.
カーボン粒子と、
親水性のバインダーと、
酸化還元酵素と、
ABTSと、
少なくとも水を含む溶媒と
を含有する酵素インク。
Carbon particles,
A hydrophilic binder,
Oxidoreductase,
ABTS,
An enzyme ink containing a solvent containing at least water.
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