WO2020013138A1

WO2020013138A1 - 酵素発電デバイス正極用炭素触媒、及び酵素発電デバイス

Info

Publication number: WO2020013138A1
Application number: PCT/JP2019/027026
Authority: WO
Inventors: 彰彦八手又; 寛人渡部; 博友伊藤
Original assignee: 東洋インキＳｃホールディングス株式会社
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2020-01-16

Abstract

本発明は、低コストに、酵素発電デバイスの高寿命化と出力安定性の向上を実現することが可能な酵素発電デバイス正極用炭素触媒とこれを用いた酵素発電デバイスを提供する。本発明の酵素発電デバイス正極用炭素触媒は、炭素六角網面を基本骨格とする炭素材料からなり、構成元素として１種以上のヘテロ元素を含み、当該ヘテロ元素が炭素骨格内の炭素元素の少なくとも一部を置換するようにドープされた構造を有し、酸素還元活性を有する。本発明の酵素発電デバイスは、この正極用炭素触媒を含む正極と、酸化還元酵素を含む負極とを含む。

Description

酵素発電デバイス正極用炭素触媒、及び酵素発電デバイス

　本発明は、酵素発電デバイス正極用炭素触媒、及びこれを用いた酵素発電デバイスに関する。

　酵素発電デバイスは、負極及び／又は正極が酸化還元酵素（以下、単に酵素とも言う。）を含み、酵素反応により生成する電気エネルギーを利用する発電デバイスである。このデバイスは、常温で作動可能である、豊富な有機エネルギー源を活用できる、生体及び環境への安全性が高い等の利点を有する。
　酵素発電デバイスは、酵素燃料電池として利用することができる。酵素燃料電池では、燃料として、糖、アルコール、及び有機酸等の種々の有機物と、空気中の酸素とを用いることができる。

　酵素発電デバイスは、酵素が持つ基質特異性を利用し、糖、アルコール、及び有機酸等の特定の有機物をセンシングする自己発電型の有機物センサーとして利用することもできる。このセンサーは、発電機能と有機物のセンシング機能とを併せ持ち、電源が不要であるため、小型軽量化と低コスト化が可能である。このセンサーはまた、基質特異性を有する酵素を用いるため、微小量検出が可能で、高精度のセンシングが可能である。そのため、酵素発電デバイスは、生体向けのウェアラブルデバイス及びインプラントデバイス等に使われるセンサー又は電源としての利用が期待されている。

特開２００９－１８１８８９号公報国際公開第２０１３／０６５５８１号特許第６２９５６３０号公報特許第５１８１５７６号公報

　酵素発電デバイスは、上記利点を有する一方、動作安定性、出力安定性、寿命、及びコスト等に関しては、課題がある。この課題の解決に向け、これまでに様々な対策が提案されている。
　例えば、発電性能向上を目的として、多孔性カーボンを用いたポーラス型酵素燃料電池（特許文献１）、及び、親水性バインダーを用いた電極を作製し、電極への酵素液の染みこみを改善させる方法（特許文献２）が報告されている。
　酵素の寿命向上を目的として、電解質の酸性基との接触による酵素の失活を抑制するために電極と電解質膜との間に保護膜を設ける方法（特許文献３）、及び、光硬化性樹脂を用いて酵素の溶出を抑制する方法（特許文献４）が報告されている。
　しかしながら、性能向上効果が低い、用途が限定される等の理由から、上記技術はいずれも実用化には不充分である。

　また、酵素は一般的に電位に対する耐性が低いため、酵素発電デバイスは使用耐久性が低いという課題がある。耐久性向上を目的として、正極に使用される酵素を白金等の貴金属を含む触媒で代替する技術が検討されている。しかしながら、不純物成分を多く含む生体試料及びバイオマス等を燃料として使用する酵素発電デバイスでは、これら不純物が正極触媒を被毒し、触媒の活性低下及びデバイスの出力不安定化を誘引する場合がある。加えて、高価な貴金属を使用するため、デバイスの高コスト化も問題となる。
　上記のように様々な取り組みがなされているが、現状において出力安定性、寿命、及びコスト等に関する課題が解消されているとは言い難い。

　酵素発電デバイス用の電極（正極又は負極）の製造方法としては、導電性支持体及びセパレータ等の電極基材上に、電極用ペースト組成物を塗布し乾燥して、電極膜を形成する方法；転写用基材上に電極用ペースト組成物を塗布し乾燥して得られた電極膜を上記電極基材上に転写する方法等が挙げられる。
　酵素発電デバイスにおいては、電極膜が導電性支持体及びセパレータ等の電極基材から剥がれることなく長期的に使用できることが望まれる。そのため、電極膜に含まれるバインダーには、他の電極構成材料同士を強く結着させ、電極膜を電極基材に対して強く密着させる機能が求められる。但し、電極膜中の、導電性を有さないバインダー樹脂の総量は少ない方が望ましい。

　本発明の第１の目的は、白金等の貴金属を使用することなく低コストに、酵素発電デバイスの高寿命化と出力安定性の向上を実現することが可能な酵素発電デバイス正極用炭素触媒を提供することである。
　本発明の第２の目的は、高寿命で出力安定性に優れた酵素発電デバイスを提供することである。
　本発明の第３の目的は、負極膜に含まれる電極構成材料間の結着性及び負極膜の電極基材に対する密着性が高く、出力性能に優れた酵素発電デバイスを提供することである。

　本発明の酵素発電デバイス正極用炭素触媒は、
　正極と、酸化還元酵素を含む負極とを含む酵素発電デバイスの前記正極用であり、
　炭素六角網面を基本骨格とする炭素材料からなり、構成元素として１種以上のヘテロ元素を含み、当該ヘテロ元素が炭素骨格内の炭素元素の少なくとも一部を置換するようにドープされた構造を有し、酸素還元活性を有するものである。

　本発明の第１の態様の酵素発電デバイスは、
　正極と、酸化還元酵素を含む負極とを含む酵素発電デバイスであって、
　前記正極は、炭素六角網面を基本骨格とする炭素材料からなり、構成元素として１種以上のヘテロ元素を含み、当該ヘテロ元素が炭素骨格内の炭素元素の少なくとも一部を置換するようにドープされた構造を有し、酸素還元活性を有する炭素触媒を含むものである。

　本発明の第２の酵素発電デバイスは、
　正極と酸化還元酵素を含む負極とを含む酵素発電デバイスであって、
　前記負極は更に、導電材と水性樹脂微粒子とを含むものである。

　本発明の酵素発電デバイス負極形成用組成物は、
　導電材及び／又は酸化還元酵素と水性樹脂微粒子と水性液状媒体とを含むものである。

　本発明によれば、白金等の貴金属を使用することなく低コストに、酵素発電デバイスの高寿命化と出力安定性の向上を実現することができる。
　本発明の第１の態様の酵素発電デバイスによれば、高寿命で出力安定性に優れた酵素発電デバイスを提供することができる。
　本発明の第２の態様の酵素発電デバイスによれば、負極膜に含まれる電極構成材料間の結着性及び負極膜の電極基材に対する密着性が高く、出力性能に優れた酵素発電デバイスを提供することができる。

正極（１）（実施例１）を用いた酵素発電デバイスのグルコース濃度に対する酸化電流応答性を示すグラフである。酵素発電デバイス（４）における０．１Ｍグルコース溶液の最大出力に対する、酵素発電デバイス（１）～（３）における超純水の最大出力の割合を示すグラフである。酵素発電デバイス（５）を用いた無線通信回路の一例を示すブロック図である。正極（１）を用いた酵素発電デバイスの乳酸濃度に対する酸化電流応答性を示すグラフである。

　以下、本発明について詳細に説明する。
　本発明は、正極と、酸化還元酵素を含む負極とを含む酵素発電デバイスに関する。本発明はまた、酵素発電デバイスに用いて好適な正極用炭素触媒に関する。本発明はまた、酵素発電デバイスの製造に用いて好適な負極用ペースト組成物に関する。
　酵素発電デバイスの具体的な態様としては、燃料として、グルコース、フルクトース、及び乳酸等の有機物を用いる酵素燃料電池、及び、センシング対象物質が、グルコース、フルクトース、及び乳酸等の有機物である有機物センサー等が挙げられる。

［酵素発電デバイス正極用炭素触媒］
　本発明の酵素発電デバイス正極用炭素触媒（以下、単に「正極用炭素触媒」又は「炭素触媒」と略記する場合がある。）は、正極と酸化還元酵素を含む負極とを含む酵素発電デバイスの正極に用いられる触媒である。
　本発明の正極用炭素触媒は、６個の炭素元素が六角形状に共有結合した炭素六員環が同一平面上で複数結合した炭素六角網面を基本骨格とする炭素材料からなり、酸素還元活性を有する触媒材料である。
　本発明の正極用炭素触媒において、同一炭素六角網面内において、互いに隣り合う炭素元素は、化学的に結合（共有結合）し、化学的に相互作用する。互いに隣り合う炭素六角網面は、物理的に結合し、物理的に相互作用する。

　本発明の正極用炭素触媒は、炭素元素以外に１種以上の異種原子を含む。
　本発明の正極用炭素触媒は、構成元素として１種以上のヘテロ元素を含み、ヘテロ元素が炭素骨格内の炭素元素の少なくとも一部を置換するようにドープされた構造を有する。ヘテロ元素としては例えば、窒素（Ｎ）、ホウ素（Ｂ）、及びリン（Ｐ）等が挙げられる。本発明の正極用炭素触媒は、ヘテロ元素として窒素元素を含むことが好ましい。

　本発明の正極用炭素触媒は更に、構成元素として１種以上の卑金属元素を含むことが好ましい。「卑金属元素」とは、遷移金属元素のうち貴金属元素（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、及び金）を除く金属元素である。本発明の正極用炭素触媒は、卑金属元素として、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、銅、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、及びスズからなる群より選択される１種以上の元素を含むことが好ましい。

　本発明の正極用炭素触媒は、ヘテロ元素を含み、更に好ましくは卑金属元素を含むことで、触媒活性点が形成され、酸素還元活性を発現することができる。
　触媒活性点としては例えば、炭素触媒の基本骨格を構成する炭素六角網面の末端の炭素元素を置換するようにドープされた窒素元素及びその近傍の炭素元素；触媒表面において卑金属元素を中心に４個の窒素元素が同じ平面上で結合した卑金属－Ｎ４構造を構成する窒素元素及び卑金属元素等が挙げられる。

　本発明の正極用炭素触媒は、比表面積が大きく、電子伝導性が高いほど、好ましい。酸素の還元反応は触媒の表面で起こるため、触媒の比表面積が大きいほど、酸素とプロトンと電子との反応場が多くなり、触媒活性の向上に繋がりやすく、好ましい。また、触媒の電子伝導性が高いほど、酸素の還元反応に必要な電子を上記反応場に効果的に供給できるため、電流の増加に繋がりやすく、好ましい。

　触媒表面に存在するヘテロ元素、特に窒素元素の量が多いほど、表面の触媒活性点の数が多くなりやすいため、好ましい。特に、Ｎ１型窒素原子を主とした表面末端窒素原子の量が多いことが好ましい。
　触媒を構成する全原子に対する、炭素原子のモル比、窒素原子のモル比、及び卑金属原子のモル比をそれぞれ、Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｎ、Ｒ_Ｍとする。Ｒ_Ｃに対するＲ_Ｎの割合が１～４０％、Ｒ_Ｃに対するＲ_Ｍの割合が０．０１～２０％であると好ましい。より好ましくは、Ｒ_Ｃに対するＲ_Ｎの割合が１．５～２０％、Ｒ_Ｃに対するＲ_Ｍの割合が０．０５～１０％である。

　Ｒ_Ｃ及びＲ_Ｍが上記範囲内にあると、触媒活性点の形成段階において、卑金属元素が、炭素材料の結晶化促進、細孔の発達、及びエッジの生成等を促進する炭素化触媒として効果的に作用し、触媒活性点の数及び質の向上が期待できる。
　更に、正極での触媒反応の段階においても、卑金属元素が、主に窒素元素由来の活性点で生成する過酸化水素の還元触媒として作用し、酸素の水への還元（四電子還元）を促進させることが期待でき、好ましい。

　Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）により得られるワイドスペクトルから求められる、触媒表面の全原子に対する窒素原子のモル比をＮ［－］とする。ＸＰＳにより得られるＮ１ｓスペクトルのピーク分離から求められる、触媒表面の全窒素原子量に対する、Ｎ１型窒素原子量の割合［％］とＮ２型窒素原子量の割合［％］をそれぞれ、Ｎ_１、Ｎ_２とする。式：Ｎ×（Ｎ_１＋Ｎ_２）で求められる表面末端窒素原子の割合が０．５～２５％であることが好ましい。より好ましくは、１～１８％である。

　例えば、触媒表面の全原子に対する窒素原子のモル比Ｎ［－］が０．１、触媒表面の全窒素原子量に対するＮ１型窒素原子量の割合Ｎ₁［％］が３０％、触媒表面の全窒素原子量に対するＮ２型窒素原子量の割合Ｎ₂［％］が２０％である酵素発電デバイス正極用炭素触媒の場合は、下記計算式により表面末端窒素原子の割合は５％と求められる。
Ｎ×（Ｎ_１＋Ｎ_２）＝０．１×（３０％＋２０％）＝５％

　下記［化１］に示すように、炭素触媒中の窒素原子は様々な状態で炭素六角網面中の炭素原子を置換するように存在する。
　本明細書において、Ｎ１型窒素原子とは、Ｎ１ｓ電子の結合エネルギーが３９８.５±０．５ｅＶであり、ピリジン類似の構造を形成している窒素原子である。Ｎ２型窒素原子とは、Ｎ１ｓ電子の結合エネルギーが４００±０．５ｅＶであり、ピロール類似の構造を形成している窒素原子である。これらの窒素原子はそれぞれピリジンＮ、ピロールＮと呼ばれ、本明細書ではこれらを合わせて末端窒素原子と呼称する。
　これらの窒素原子のピークが重なっている場合には、各成分のピークがガウス関数となるように、各成分のピークについて、パラメーターであるピーク強度、ピーク位置、ピーク半値幅、及びピーク全幅が最適化するようにフィッティングを行って、ピーク分離を行う。ここで、ピリドン類似の構造を形成している窒素原子のピークはピーク分離が困難なため、便宜上、末端窒素原子に含めてよいものとする。
　上記以外の窒素原子としては、Ｎ３型窒素原子（主に炭素環の内部に存在し、３つの炭素原子と結合している４級窒素原子）、及びＮ４型窒素原子（例えば酸化された状態で、酸素のような異種元素Ｘが結合した窒素原子）がある。

　上記末端窒素原子は、非共有電子対を有する。末端窒素原子は、周囲の炭素原子の電子状態に影響を及ぼし、隣接する炭素原子が活性サイトとして働くように作用することができる。末端窒素原子はまた、卑金属原子に窒素原子が配位した卑金属－Ｎ４構造の形成に有利に働くことができる。これら理由から、活性の高い触媒表面には末端窒素原子が多く存在していると考えられる。なお、式：Ｎ×（Ｎ_１＋Ｎ_２）で求められる表面末端窒素原子の割合は、表面に存在する末端窒素原子の量を表す指標となる。

　本発明の正極用炭素触媒は、窒素ガスを吸着種としたＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ_Ｎ２）が、５０～１２００ｍ^２／ｇであることが好ましい。ＢＥＴ比表面積が上記の範囲内にあると、反応場を多くでき、好ましい。より好ましくは１００～１０００ｍ^２／ｇである。

　本明細書において、「比表面積」とは単位質量当たりの表面積であり、窒素吸着法によって求められる。解析法としてはＢＥＴ法を用いる。相対圧（Ｐ（吸着平衡圧）／Ｐ０（飽和蒸気圧）＝０．０５～０．３）に対するガス吸着量のプロットにより得られる直線データの切片と勾配から、単分子吸着量を求め、ＢＥＴ比表面積を算出できる。

　本発明の正極用炭素触媒は、Ｘ線としてＣｕＫα線を用いて得られるＸ線回折（ＸＲＤ）パターンが、回折角２θが２４．０～２７．０°の範囲内にピークを有し、該ピークの半値幅が１０°以下であることが好ましい。より好ましくは８°以下、特に好ましくは５°以下、最も好ましくは１°以下である。

　Ｘ線としてＣｕＫα線を用いて得られる正極用炭素触媒のＸＲＤパターンにおいては、２４．０～２７．０°付近に炭素の（００２）面回折ピークが現れる。炭素の（００２）回折ピーク位置は、炭素六角網面の面間距離によって変化する。このピーク位置が高角側であるほど、炭素六角網面の面間距離が近く、構造の黒鉛的規則性が高くなる傾向がある。また、上記ピークがシャープである（半値幅が小さい）ほど、結晶子サイズが大きく、結晶性が高いことを示す。

　上記ピークの半値幅が１０°以下、好ましくは５°以下である場合、正極用炭素触媒の結晶性が高く、触媒表面の電子伝導性が高くなるため、活性点への電子伝達に有利である。これにより、酸素の還元反応に必要な電子を触媒表面の反応場に効果的に供給することができるため、電流の増加に繋がり、好ましい。

　本発明の正極用炭素触媒は、粉体の形態での体積抵抗率が１×１０^－１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５×１０^－２Ω・ｃｍ以下である。
　上記体積抵抗率が小さいほど、バルク粉体の電子伝導性が高いことを意味する。粉体の形態での体積抵抗率が１×１０^－１Ω・ｃｍ以下、好ましくは５×１０^－２Ω・ｃｍ以下であることで、正極の導電性が向上し、正極から効率的に電流を取り出すことができ、好ましい。

　より高い触媒活性作用が期待できることから、本発明の正極用炭素触媒は、卑金属元素として、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）からなる群より選択される１種以上の元素を含むことがより好ましい。

［酵素発電デバイス正極用炭素触媒の製造方法］
　本発明の酵素発電デバイス正極用炭素触媒の製造方法としては特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。
　例えば、炭素系原料と、ヘテロ元素を含む化合物と、卑金属元素を含む化合物とを混合した後、炭化させる方法；
　炭素系原料と、ヘテロ元素を含む化合物とを混合した後、炭化させる方法；
　ヘテロ元素を含む炭素系原料と、卑金属元素を含む化合物とを混合した後、炭化させる方法；
　フタロシアニン及びポルフィリン等のヘテロ元素を含む大環状化合物と、卑金属元素を含む化合物とを混合した後、炭化させる方法；
　炭素系原料と、ヘテロ元素及び卑金属元素を含む化合物とを混合した後、炭化させる方法；
　炭素系原料と、卑金属元素を含む化合物とを混合した後、炭化させて得られた材料に対して、気相法によりヘテロ元素をドープする方法；
　炭素系原料に対して気相法によりヘテロ元素をドープする方法等が挙げられる。

　好ましい製造方法としては、少なくとも、ヘテロ元素を含む炭素系原料と、卑金属元素を含む化合物とを混合した後、熱処理する方法；少なくとも、炭素系原料と、ヘテロ元素及び卑金属元素を含む化合物とを混合した後、熱処理する方法等が挙げられる。これらの方法において、熱処理後に得られた炭素触媒に対して、酸洗浄と乾燥、又は、酸洗浄と熱処理（再熱処理とも言う。）を実施してもよい。

（炭素系原料）
　本発明の炭素触媒の製造原料として用いられる炭素系原料としては、無機炭素系原料が好ましい。例えば、カーボンブラック（例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びミディアムサーマルカーボンブラック等）、活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラフェン、グラフェンナノプレートレット、ナノポーラスカーボン、及び炭素繊維等が挙げられる。
　無機炭素系原料の種類又はメーカーによって、炭素六角網面の大きさ及び積層構造は異なる。結晶性、粒子径、形状、ＢＥＴ比表面積、細孔容積、細孔径、嵩密度、ＤＢＰ吸油量、表面酸塩基度、表面親水度、及び導電性等の各種物性、並びにコストを考慮し、酵素発電デバイスの用途及び要求性能に合わせて好適な材料を選択することができる。

　無機炭素系原料は、炭素以外に他の元素を含有していてもよい。無機炭素系原料は、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含有していてもよい。なお、触媒活性点を形成するヘテロ元素及び／又は卑金属元素は、無機炭素系原料に予め含まれていてもよいし、後から無機炭素系原料に導入してもよい。

　市販の無機炭素系原料としては例えば、以下のものが挙げられる。
　ケッチェンブラックＥＣ－３００Ｊ、ＥＣ－６００ＪＤ、及びライオナイトＥＣ－２００Ｌ等のライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製ケッチェンブラック；
　トーカブラック＃４３００、＃４４００、＃４５００、＃５５００等の東海カーボン社製ファーネスブラック；
　プリンテックスＬ等のデグサ社製ファーネスブラック；
　Ｒａｖｅｎ７０００、５７５０、５２５０、５０００ＵＬＴＲＡIII、５０００ＵＬＴＲＡ、Ｃｏｎｄｕｃｔｅｘ　ＳＣ　ＵＬＴＲＡ、９７５　ＵＬＴＲＡ、ＰＵＥＲ　ＢＬＡＣＫ１００、１１５、２０５等のコロンビヤン社製ファーネスブラック；
　＃２３５０、＃２４００Ｂ、＃２６００Ｂ、＃３０５０Ｂ、＃３０３０Ｂ、＃３２３０Ｂ、＃３３５０Ｂ、＃３４００Ｂ、及び＃５４００Ｂ等の三菱化学社製ファーネスブラック；
　ＭＯＮＡＲＣＨ１４００、１３００、９００、ＶｕｌｃａｎＸＣ－７２Ｒ、及びＢｌａｃｋＰｅａｒｌｓ２０００等のキャボット社製ファーネスブラック；
　Ｅｎｓａｃｏ２５０Ｇ、Ｅｎｓａｃｏ２６０Ｇ、Ｅｎｓａｃｏ３５０Ｇ、及びＳｕｐｅｒＰ－Ｌｉ等のＴＩＭＣＡＬ社製ファーネスブラック；
　デンカブラック、デンカブラックＨＳ－１００、及びＦＸ－３５等のデンカ社製アセチレンブラック；
　ＶＧＣＦ、ＶＧＣＦ－Ｈ、及びＶＧＣＦ－Ｘ等の昭和電工社製カーボンナノチューブ；
　名城ナノカーボン社製のカーボンナノチューブ；
　ｘＧｎＰ－Ｃ－３００、ｘＧｎＰ－Ｃ－５００、ｘＧｎＰ－Ｃ－７５０、ｘＧｎＰ－Ｍ－５、ｘＧｎＰ－Ｍ－１５、ｘＧｎＰ－Ｍ－２５、ｘＧｎＰ－Ｈ－５、ｘＧｎＰ－Ｈ－１５、及びｘＧｎＰ－Ｈ－２５等のＸＧＳｃｉｅｎｃｅｓ社製グラフェンナノプレートレット；
　Ｅａｓｙ－Ｎ社製のナノポーラスカーボン；
　カイノール炭素繊維、及びカイノール活性炭繊維等の群栄化学工業社製炭素繊維；
　クノーベルＭＨグレード、クノーベルＰ（２）０１０グレード、クノーベルＰ（３）０１０グレード、クノーベルＰ（４）０５０グレード、クノーベルＭＪ（４）０３０グレード、クノーベルＭＪ（４）０１０グレード、及びクノーベルＭＪ（４）１５０グレード等の東洋炭素社製クノーベル。

　本発明の炭素触媒の製造原料として用いられる炭素系原料としては、無機炭素系原料だけでなく、熱処理により炭素粒子となる有機炭素系原料を使用することもできる。有機炭素系原料は、炭素元素以外に他の元素を含有していてもよい。触媒活性点を形成するヘテロ元素及び／又は卑金属元素は、有機炭素系原料に含まれていてもよいし、有機炭素系原料の熱処理後に得られる炭素粒子に導入してもよい。工程数低減等の観点から、ヘテロ元素を含む有機炭素系原料の使用が好ましい場合がある。

　有機炭素系原料としては例えば、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアニリン系樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂系樹脂、ポリイミダゾール系樹脂、ポリピロール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチ、褐炭、ポリカルボジイミド、バイオマス、タンパク質、フミン酸等、及びこれらの誘導体等が挙げられる。中でも、窒素及びホウ素等のヘテロ元素を含む有機材料が好ましい。具体的には、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、及びポリアニリン系樹脂等が、窒素元素を含むため、有機炭素系原料として好ましい。

（ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む化合物）
　無機炭素系原料、又は有機炭素系原料の熱処理後に得られる炭素粒子に対して、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を導入する際に使用される原料としては、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む化合物であれば、特に限定されない。例えば、色素及びポリマー等の有機化合物；金属単体、金属酸化物、及び金属塩等の無機化合物が挙げられる。これらは、１種又は２種以上用いることができる。

　上記したように、卑金属元素とは、遷移金属元素のうち貴金属元素（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、及び金）を除く金属元素である。卑金属元素としては、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、銅、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、及びスズからなる群より選択される１種以上の元素が好ましい。

　ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む化合物は、好ましくは錯体又は塩である。中でも、炭素触媒中に効率的にヘテロ元素及び卑金属元素を導入しやすいため、卑金属元素を分子中に含むことが可能な窒素含有芳香族化合物が好ましい。具体的には、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、及びテトラアザアヌレン系化合物等の大環状化合物が挙げられる。

　上記芳香族化合物は、電子吸引性官能基及び／又は電子供与性官能基が導入されたものであってもよい。特に、フタロシアニン系化合物は、様々な卑金属元素を含んだ化合物が入手可能であり、コスト的に安価であるため、原料として好ましい。中でも、コバルトフタロシアニン系化合物、ニッケルフタロシアニン系化合物、及び鉄フタロシアニン系化合物は、高い酸素還元活性を有する。これらの化合物を原料として使用した場合、安価で高い酸素還元活性を有する炭素触媒を得ることができ、好ましい。

（原料の組合せ）
　本発明の炭素触媒は、炭素元素とヘテロ元素、好ましくは炭素元素とヘテロ元素と卑金属元素を含む。原料として用いられる炭素元素源、ヘテロ元素源、及び必要に応じて原料として用いられる卑金属元素源の例は、以下の通りである。
　炭素元素源としては例えば、ヘテロ元素及び卑金属元素を含まない無機炭素系原料、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む無機炭素系原料、ヘテロ元素及び卑金属元素を含まない有機炭素系原料、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む有機炭素系原料、及びこれらの組合せ等が挙げられる。
　ヘテロ元素源としては例えば、ヘテロ元素を含む無機炭素系原料、ヘテロ元素を含む有機炭素系原料、ヘテロ元素を含み卑金属元素を含まない化合物、ヘテロ元素及び卑金属元素を含む化合物、アンモニア等のヘテロ元素を含む反応性気体、及びこれらの組合せ等が挙げられる。
　卑金属元素源としては例えば、卑金属元素を含む無機炭素系原料、卑金属元素を含む有機炭素系原料、ヘテロ元素を含まず卑金属元素を含む化合物、ヘテロ元素及び卑金属元素を含む化合物、及びこれらの組合せ等が挙げられる。
　上記のように、１つの原料が、複数の元素源を兼ねる場合がある。最終的に得られる炭素触媒が、炭素元素とヘテロ元素、好ましくは炭素元素とヘテロ元素と卑金属元素を含むように、上記原料の中から、１種又は複数種の原料を選択すればよい。

（炭素触媒の製造方法の一実施形態）
　本発明に係る炭素触媒の製造方法の一実施形態は、
　無機又は有機の炭素系原料と、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む１種以上の化合物とを混合し、原料混合物を得る工程（混合工程）と、
　上記原料混合物を熱処理する工程（熱処理工程）とを含む。
　原料混合物が溶媒を含む場合、混合工程と熱処理工程との間に、乾燥工程を有してもよい。

＜混合工程＞
　無機又は有機の炭素系原料と、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む１種以上の化合物との混合法は特に限定されず、複数種の原料が均一に混合される方法であればよい。混合法としては、乾式混合及び湿式混合が挙げられる。乾式混合装置及び湿式混合装置としては公知の装置を用いることができ、複数の装置を組み合わせて用いてもよい。

　乾式混合装置としては例えば、２本ロールミル及び３本ロールミル等のロールミル；ヘンシェルミキサー及びスーパーミキサー等の高速攪拌機；マイクロナイザー及びジェットミル等の流体エネルギー粉砕機；アトライター；ホソカワミクロン社製の粒子複合化装置（「ナノキュア」、「ノビルタ」、「メカノフュージョン」）；奈良機械製作所社の製粉体表面改質装置（「ハイブリダイゼーションシステム」、「メカノマイクロス」、「ミラーロ」）等が挙げられる。

　乾式混合では、母体となる原料粉体に対して他の原料を粉体のまま直接添加し、混合する方法と、母体となる原料粉体に対して、他の原料を少量の溶媒に溶解又は分散させた液を添加し、混合する方法がある。より均一な混合物が得られることから、後者の方法が好ましく、母体となる原料粉体に対して、他の原料を少量の溶媒に溶解又は分散させた液を少しずつ添加し、凝集粒子を生成させながら混合する方法が好ましい。
　混合は、常温下で行ってもよいし、処理効率を上げるために加温下で行ってもよい。ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む化合物の中には、常温で固体であるが、融点、軟化点、又はガラス転移温度が１００℃未満と低い材料がある。このような材料を用いる場合、常温で混合するより、加温下で溶融させて混合する方がより均一に混合できる場合がある。

　湿式混合装置としては例えば、ディスパー、ホモミキサー、及びプラネタリーミキサー等のミキサー類；エム・テクニック社製「クレアミックス」及びＰＲＩＭＩＸ社製「フィルミックス」等のホモジナイザー類；ペイントコンディショナー（レッドデビル社製）、ボールミル、サンドミル（シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等）、アトライター、パールミル（アイリッヒ社製「ＤＣＰミル」等）、及びコボールミル等のメディア型分散機；湿式ジェットミル（ジーナス社製「ジーナスＰＹ」、スギノマシン社製「スターバースト」、及びナノマイザー社製「ナノマイザー」等）、エム・テクニック社製「クレアＳＳ－５」、及び奈良機械製作所社製「マイクロス」等のメディアレス分散機；ロールミル；ニーダー等が挙げられる。

　湿式混合装置としては、装置からの金属混入防止処理が施されたものを用いることが好ましい。
　例えば、メディア型分散機の場合、アジテーター及びベッセルとして、セラミック製のもの、樹脂製のもの、又は金属本体の表面に対してタングステンカーバイド溶射及び樹脂コーティング等の表面処理が施されたものを用い、メディアとして、ガラスビーズ、又は、ジルコニアビーズ、及びアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。
　ロールミルの場合も同様に、ロールとしてセラミック製ロールを用いることが好ましい。

　溶媒に対する分散性の低い原料を含む複数種の原料を湿式混合する場合、各原料の溶媒への濡れ性又は分散性を向上させるために、公知の水系用分散剤又は溶剤系用分散剤を添加し、分散混合することができる。

　市販の水系用分散剤としては例えば、以下のものが挙げられる。
　ビックケミー社製の分散剤としては、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ－１８０、１８４、１８７、１９０、１９１、１９２、１９３、１９４、１９９、２０１０、２０１２、２０１５、２０９６等が挙げられる。
　日本ルーブリゾール社製の分散剤としては、ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ１２０００、２００００、２７０００、４１０００、４１０９０、４３０００、４４０００、４５０００等が挙げられる。
　ＢＡＳＦジャパン社製の分散剤としては、ＪＯＮＣＲＹＬ６７、６７８、５８６、６１１、６８０、６８２、６８３、６９０、６０、６１、６２、６３、ＨＰＤ－９６、Ｌｕｖｉｔｅｃ　Ｋ１７、Ｋ３０、Ｋ６０、Ｋ８０、Ｋ８５、Ｋ９０、ＶＡ６４等が挙げられる。
　川研ファインケミカル社製の分散剤としては、ヒノアクトＡ－１１０、３００、３０３、５０１等が挙げられる。
　ニットーボーメディカル社製の分散剤としては、ＰＡＡシリーズ、ＰＡＳシリーズ、両性シリーズＰＡＳ－４１０Ｃ、４１０ＳＡ、８４、２４５１、２３５１等が挙げられる。
　アイエスピー・ジャパン社製の分散剤としては、ポリビニルピロリドンＰＶＰ　Ｋ－１５、Ｋ－３０、Ｋ－６０、Ｋ－９０、Ｋ－１２０等が挙げられる。
　丸善石油化学社製の分散剤としては、ポリビニルイミダゾールＰＶＩ等が挙げられる。

　市販の溶剤系用分散剤としては例えば、以下のものが挙げられる。
　ビックケミー社製の分散剤としては、Ａｎｔｉ－Ｔｅｒｒａ－Ｕ、Ｕ１００、２０４、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ－１０１、１０２、１０３、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１４０、１６１、１６３、１６８、１７０、１７１等が挙げられる。
　日本ルーブリゾール社製の分散剤としては、ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ３０００、５０００、９０００、１３２４０、１３６５０、１３９４０、１７０００、１８０００、１９０００、２１０００、２２０００、２４０００ＳＣ、２４０００ＧＲ、２６０００、２８０００、３１８４５、３２０００、３２５００、３２６００、３３５００、３４７５０、３５１００、３５２００、３６６００、３７５００、３８５００、５３０９５が挙げられる。
　味の素ファインテクノ社製の分散剤としては、アジスパーＰＢ８２１、ＰＢ８２２、ＰＮ４１１、ＰＡ１１１が挙げられる。
　川研ファインケミカル社製の分散剤としては、ヒノアクトＫＦ－１０００、１３００Ｍ、１５００、Ｔ－６０００、８０００、８０００Ｅ、９１００等が挙げられる。
　ＢＡＳＦジャパン社製の分散剤としては、Ｌｕｖｉｃａｐ等が挙げられる。

＜乾燥工程＞
　混合工程において湿式混合により原料混合物を調製する場合、混合工程の後に、必要に応じて、原料混合物に含まれる溶媒を乾燥除去する工程を実施してもよい。乾燥装置としては、棚式乾燥機、回転乾燥機、気流乾燥機、噴霧乾燥機撹拌乾燥機、及び凍結乾燥機等が挙げられる。

＜熱処理工程＞
　炭素系原料と、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む１種以上の化合物とを含む原料混合物の熱処理は、公知方法にて行うことができる。
　加熱温度は用いる原料によって異なり、５００～１１００℃が好ましく、６００～１１００℃がより好ましく、７００～１０００℃が特に好ましい。
　ある程度高温で熱処理を行うことで、窒素元素等のヘテロ元素が、炭素六角網面の末端の炭素元素を置換するようにドープされ、活性点の構造が安定化し、実用的なデバイス運転条件に耐え得る触媒表面が得られることが多い。
　加熱時間は特に限定されず、１～５時間が好ましい。

　熱処理工程では、原料をできるだけ不完全燃焼により炭化させ、ヘテロ元素及び必要に応じて卑金属元素を炭素触媒の表面に残存させる必要がある。このため、雰囲気としては、窒素及びアルゴン等の不活性ガス雰囲気；窒素及びアルゴン等の不活性ガスに水素が混合された還元性ガス雰囲気が好ましい。また、熱処理時の炭素触媒中のヘテロ元素の低減を抑制するために、窒素元素を多量に含むアンモニアガス雰囲気も好適である。
　その他、炭素触媒の表面構造を制御するために、水蒸気雰囲気、二酸化炭素雰囲気、又は低酸素雰囲気も好適である。これらの雰囲気では、酸化が進んで金属元素が酸化物となり、粒子成分が凝集しやすくなる恐れがあるため、温度及び時間等を適切に選択する必要がある。

　熱処理工程では、一定の雰囲気及び温度下で、１段階で熱処理を行ってもよいし、雰囲気及び／又は温度を変えて複数段階で熱処理を行ってもよい。
　例えば、１段階目で、不活性ガス雰囲気下、５００℃程度の比較的低温で熱処理した後、２段階目で、不活性ガス雰囲気、還元ガス雰囲気下、又は賦活ガス雰囲気下で、１段階目を超える温度で熱処理してもよい。この方法では、触媒活性サイトを形成すると考えられているヘテロ元素及び必要に応じて卑金属元素を、より効率的且つ多量に残存させられることがある。

＜後工程＞
　上記熱処理工程後に得られた炭素触媒に対して、酸洗浄工程と乾燥工程を実施してもよい。
　酸洗浄に用いる酸としては、上記熱処理工程後に得られた炭素触媒の表面に存在する、活性点として作用しない卑金属成分を溶出させることができるものであれば、特に限定されない。炭素触媒との反応性が低く卑金属成分の溶解力が強い、濃塩酸及び希硫酸等が好ましい。
　具体的な洗浄方法は以下の通りである。ガラス容器内に酸と炭素触媒を入れ、撹拌分散を数時間続けた後、静置し、上澄みを除去する。これら一連の操作を、上澄みの着色が確認されなくなるまで繰り返し行う。最後に、濾過及び水洗により酸を除去し、公知方法にて乾燥する。
　上記熱処理工程後に得られた炭素触媒に対して酸洗浄を行うことにより、表面の余分な卑金属成分を除去し、触媒活性を向上でき、好ましい。

　酸洗浄工程後に、乾燥工程の代わりに、熱処理工程を実施してもよい。酸洗浄工程後の熱処理工程は、原料混合物を熱処理して炭素触媒とする上記熱処理工程とは区別するため、再熱処理工程とも言う。
　再熱処理工程における熱処理条件は、原料混合物を熱処理して炭素触媒とする上記熱処理工程の条件と同様でよい。加熱温度は５００～１１００℃が好ましく、６００～１１００℃がより好ましく、７００～１０００℃が特に好ましい。雰囲気としては、窒素及びアルゴン等の不活性ガス雰囲気；不活性ガスに水素が混合された還元性ガス雰囲気；窒素元素を多量に含むアンモニアガス雰囲気等が好ましい。

［酵素発電デバイス正極用ペースト組成物］
　本発明の酵素発電デバイス正極は好ましくは、正極用ペースト組成物を用いて製造される。
　本発明の酵素発電デバイス正極は、上記の本発明の酵素発電デバイス正極用炭素触媒とバインダーとを含み、更に必要に応じて分散剤を含むことができる。
　本発明の正極用ペースト組成物は、上記の本発明の正極用炭素触媒と溶剤とバインダーとを含み、更に必要に応じて分散剤を含むことができる。各成分の割合は特に限定されず、適宜設計することができる。
　本発明の酵素発電デバイス正極及び正極用ペースト組成物において、バインダーとしては樹脂が用いられる。
　なお、最終的に得られる正極において、本発明の正極用炭素触媒は、全表面が樹脂（バインダー）で覆われることなく、活性点が表面に露出した状態となることで、目的とする触媒反応に対して活性点が効果的に機能できる。

（溶剤）
　正極用ペースト組成物に使用される溶剤としては特に限定されず、公知のものを用いることができる。ペースト組成物の分散性向上、並びに、導電性支持体及びセパレータ等の電極基材上へのペースト組成物の塗工性向上のために、複数種の溶剤を混ぜて使用してもよい。
　溶剤としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類、及び水等が挙げられる。中でも、水及び炭素数が４以下のアルコール系溶剤が好ましい。

（バインダー）
　正極用ペースト組成物に使用されるバインダーは、炭素触媒等の他の電極構成材料を結着させるために使用され、それらの他の電極構成材料を溶剤中へ分散させる効果は小さい公知のバインダー用の樹脂が用いられる。
　例えば、アクリル樹脂；ポリウレタン樹脂；ポリエステル樹脂；フェノール樹脂；エポキシ樹脂；フェノキシ樹脂；尿素樹脂；メラミン樹脂；アルキッド樹脂；ホルムアルデヒド樹脂；シリコーン樹脂；スチレン－ブタジエンゴム及びフッ素ゴム等の合成ゴム；ポリアニリン及びポリアセチレン等の導電性樹脂；ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニル、パーフルオロカーボン、及びテトラフルオロエチレン等の含フッ素化合物；これらの変性物等が挙げられる。これらバインダーは、１種又は２種以上用いることができる。

　溶剤として水性液状媒体を使用する場合、バインダーとして水性エマルションを使用してもよい。水性エマルションは、バインダー樹脂が水中に溶解せずに、微粒子の形態で分散した分散液である。
　水性エマルションとしては特に限定されず、（メタ）アクリル系エマルション；ニトリル系エマルション；ウレタン系エマルション；ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）等のジエン系ゴムを含むジエン系エマルション；ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の含フッ素高分子を含むフッ素系エマルション等が挙げられる。

（分散剤）
　正極用ペースト組成物に必要に応じて使用される分散剤は、正極用炭素触媒を良好に分散させ、その凝集を抑制する機能を有するものであれば、特に制限されない。用いて好適な分散剤は、無機又は有機の炭素系原料と、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む１種以上の化合物との混合に用いることができる上記の水系用又は溶剤系用の分散剤と同様である。

（他の成分）
　酵素発電デバイス正極及び正極用ペースト組成物は、上記の本発明の正極用炭素触媒と合わせて、本発明以外の炭素触媒、貴金属触媒、又は卑金属酸化物触媒を含んでもよい。
　貴金属触媒は、遷移金属元素のうちルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から選択される１種以上の元素を含む触媒である。貴金属触媒は、貴金属単体でも別の元素又は化合物に担持されたものでもよい。
　卑金属酸化物触媒としては、ジルコニウム、タンタル、チタン、ニオブ、バナジウム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、クロム、タングステン、及びモリブデンからなる群より選択される１種以上の卑金属元素を含む酸化物、炭窒化物、又は炭窒酸化物が挙げられる。

　酵素発電デバイス正極及び正極用ペースト組成物は、上記の本発明の正極用炭素触媒と合わせて、ビリルビンオキシダーゼ、ラッカーゼ、及びアスコルビン酸オキシダーゼ等の、電子を消費し、分子状酸素の還元を触媒する還元酵素を含んでもよい。

（湿式混合装置）
　正極用ペースト組成物の調製は、湿式混合装置を用いて行うことができる。用いて好適な湿式混合装置は、無機又は有機の炭素系原料と、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む１種以上の化合物との混合に用いることができる上記の湿式混合装置と同様である。複数種の装置を組み合わせて用いてもよい。
　無機又は有機の炭素系原料と、ヘテロ元素及び／又は卑金属元素を含む１種以上の化合物との混合に用いることができる上記の湿式混合装置と同様、湿式混合装置としては、装置からの金属混入防止処理が施されたものを用いることが好ましい。

［酵素発電デバイス負極用ペースト組成物］
　本発明の酵素発電デバイス負極は好ましくは、負極用ペースト組成物を用いて製造される。
　本発明の酵素発電デバイス負極用ペースト組成物は好ましくは、導電材及び／又は酸化還元酵素と、水性樹脂微粒子と、水性液状媒体とを含む。各成分の割合は特に限定されず、適宜設計することができる。

（導電材）
　導電材は、負極での電子伝導性を高め酸化還元反応を進めやすくするために用いられる。ここでは主に炭素材料を挙げるが、これに限定されない。導電材として好適な炭素材料としては例えば、カーボンブラック、黒鉛、導電性炭素繊維（例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、及びカーボンファイバー等）、グラフェン、及びフラーレン等が挙げられる。これらは、１種又は２種以上用いることができる。

　カーボンブラックとしては、気体又は液体の原料を反応炉中で連続的に熱分解し製造されるファーネスブラック（好ましくは、エチレン重油を原料としたケッチェンブラック）；原料ガスを燃焼させたときに発生する炎をチャンネル鋼底面に当てて急冷することで、析出されるチャンネルブラック；ガスを原料として燃焼と熱分解を周期的に繰り返すことにより得られるサーマルブラック（好ましくは、アセチレンガスを原料とするアセチレンブラック）；公知方法にて酸化処理されたカーボンブラック；中空のカーボンブラック等が挙げられる。

　カーボンブラックの比表面積は大きいほど、カーボンブラック粒子同士の接触点が増えるため、負極の内部抵抗を下げるのに有利となると共に、炭素表面への酵素の担持量が増加するため、有効である。窒素吸着法により求められる比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、好ましくは２０～１５００ｍ^２／ｇ、より好ましくは５０～１５００ｍ^２／ｇ、特に好ましくは１００～１５００ｍ^２／ｇである。

　カーボンブラックの一次粒子径は、０．００５～１μｍが好ましく、特に０．０１～０．２μｍが好ましい。本明細書において、「一次粒子径」は、電子顕微鏡観察により、複数の一次粒子について求められた粒子径の平均値である。

　負極用ペースト組成物中の導電材であるカーボン材料の分散粒径は、０．０３～５μｍが好ましい。本明細書において、「分散粒径」とは、体積粒度分布において、粒子径の小さい方から粒子の体積割合を積算していったときに、５０％となるところの粒子径（Ｄ５０）である。分散粒径は、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計（日機装社製「マイクロトラックＵＰＡ」）等を用いて測定することができる。

　市販のカーボンブラックとしては例えば、トーカブラック＃４３００、＃４４００、＃４５００、＃５５００等（東海カーボン社製、ファーネスブラック）；プリンテックスＬ等（デグサ社製、ファーネスブラック）；Ｒａｖｅｎ７０００、５７５０、５２５０、５０００ＵＬＴＲＡIII、５０００ＵＬＴＲＡ等、Ｃｏｎｄｕｃｔｅｘ　ＳＣ　ＵＬＴＲＡ、Ｃｏｎｄｕｃｔｅｘ　９７５　ＵＬＴＲＡ等、ＰＵＥＲ　ＢＬＡＣＫ１００、１１５、２０５等（コロンビヤン社製、ファーネスブラック）；＃２３５０、＃２４００Ｂ、＃２６００Ｂ、＃３００５０Ｂ、＃３０３０Ｂ、＃３２３０Ｂ、＃３３５０Ｂ、＃３４００Ｂ、＃５４００Ｂ等（三菱化学社製、ファーネスブラック）；ＭＯＮＡＲＣＨ１４００、１３００、９００、ＶｕｌｃａｎＸＣ－７２Ｒ、ＢｌａｃｋＰｅａｒｌｓ２０００等（キャボット社製、ファーネスブラック）；Ｅｎｓａｃｏ２５０Ｇ、Ｅｎｓａｃｏ２６０Ｇ、Ｅｎｓａｃｏ３５０Ｇ、ＳｕｐｅｒＰ－Ｌｉ（ＴＩＭＣＡＬ社製）；ケッチェンブラックＥＣ－３００Ｊ、ＥＣ－６００ＪＤ（アクゾ社製）；デンカブラック、デンカブラックＨＳ－１００、ＦＸ－３５（電気化学工業社製、アセチレンブラック）等が挙げられる。

　黒鉛としては例えば、人造黒鉛、燐片状黒鉛、塊状黒鉛、及び土状黒鉛等の天然黒鉛が挙げられる。
　導電性炭素繊維としては、石油由来の原料を焼成して得られるものが好ましいが、植物由来の原料を焼成して得られるものを用いてもよい。例えば石油由来の原料を用いて製造される昭和電工社製のＶＧＣＦ等が挙げられる。

（酸化還元酵素）
　酸化還元酵素としては、反応により電子を授受できる酵素であれば特に限定されず、燃料又はセンシング対象物質の種類、コスト、及びデバイスの種類等に応じて適宜選択される。物質代謝など、生体内の多くの酸化還元反応を触媒する酸化還元酵素が好ましい。
　負極に用いられる酸化還元酵素としては、電子を放出できるものであればよい。燃料又はセンシング対象物質として糖及び有機酸等を用いるときに好適な酸化還元酵素としては、オキシダーゼ及びデヒドロゲナーゼ等が挙げられる。中でも、他の酵素に比べ安価で安定性が高く、血液及び尿等の生体試料に含まれるグルコースを燃料又はセンシング対象物質として用いることができることから、グルコースオキシダーゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼが好ましい場合がある。その他、フルクトースを燃料又はセンシング対象物質として用いることができるフルクトースオキシダーゼ又はフルクトースデヒドロゲナーゼ、若しくは、乳酸を燃料又はセンシング対象物質として用いることができる乳酸オキシダーゼ又は乳酸デヒドロゲナーゼが好ましい場合がある。

（水性樹脂微粒子）
　水性樹脂微粒子は、水中で溶解せずに微粒子の形態で存在できるもので、その水分散液は一般的に水性エマルションと呼ばれる。水性樹脂微粒子は、バインダーとして機能することができる。負極用ペースト組成物の調製時に、水性樹脂微粒子は、これを含む水性エマルションの形態で、他の成分と混合することができる。
　水性エマルションとしては特に限定されず、（メタ）アクリル系エマルション；ニトリル系エマルション；ウレタン系エマルション；ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）等のジエン系ゴムを含むジエン系エマルション；ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の含フッ素高分子を含むフッ素系エマルション等が挙げられる。
　中でも、アクリル系樹脂微粒子及びメタクリル系樹脂微粒子からなる群より選択される１種以上の微粒子を含む（メタ）アクリル系エマルションが好ましい。
　水性樹脂微粒子としては、これをバインダーとして含む負極膜が、電極構成材料間の結着性、電極基材に対する密着性、及び柔軟性（可撓性）に優れるものが好ましい。

　水性樹脂微粒子の粒子構造は、単層構造粒子でも多層構造粒子（いわゆるコアシェル粒子）でもよい。例えば、コア部又はシェル部に主として官能基含有単量体を重合させた樹脂を含有させる、又は、コア部とシェル部でガラス転移温度（Ｔｇ）及び／又は組成を異ならせることにより、水性樹脂微粒子を含む塗膜の成膜性、塗膜の硬化性又は乾燥性、及びバインダーの機械強度等の物性を向上させることができる場合がある。

　水性樹脂微粒子の平均粒子径は、結着性及び粒子安定性の点から、１０～５００ｎｍが好ましく、１０～３００ｎｍがより好ましい。エマルション中に１μｍを超えるような粗大粒子が多く含有されると粒子安定性が損なわれるので、エマルション中の、１μｍを超える粗大粒子の含有量は５質量％以下であることが好ましい。

　本明細書において、特に明記しない限り、「樹脂微粒子（水性樹脂微粒子又は後記架橋型樹脂微粒子）の平均粒子径」は体積平均粒子径であり、動的光散乱法により測定できる。
　動的光散乱法による樹脂微粒子（水性樹脂微粒子又は後記架橋型樹脂微粒子）の平均粒子径の測定は、以下のようにして行うことができる。樹脂微粒子分散液は、固形分に応じて、２００～１０００倍に水希釈しておく。希釈液約５ｍｌを測定装置［（株）日機装社製マイクロトラック］のセル内に注入し、サンプルに含まれる溶剤（ここでは水）及び樹脂の屈折率条件を入力した後、測定を行う。得られた体積粒子径分布データ（ヒストグラム）のピーク値を平均粒子径とする。

＜（メタ）アクリル系エマルション＞
　（メタ）アクリル系エマルションは、１種以上の（メタ）アクリル系単量体及び必要に応じて他の単量体を乳化重合して得られる乳化重合物である。（メタ）アクリル系単量体は、（メタ）アクリロイル基を含有する単量体である。エマルションに含まれる（メタ）アクリル系樹脂微粒子中の（メタ）アクリル系単量体単位の含有割合は、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは２０質量％以上、特に好ましくは３０質量％以上である。
　一般的に（メタ）アクリロイル基を有する単量体は反応性に優れるため、樹脂微粒子を比較的容易に作製することができる。バインダー原料として（メタ）アクリル系エマルションを用いて得られる負極膜は、電極構成材料間の結着性、電極基材に対する密着性、及び柔軟性（可撓性）に優れる傾向がある。

＜架橋型樹脂微粒子＞
　（メタ）アクリル系エマルション等の水性エマルションは、架橋型樹脂微粒子を含むことが好ましい。架橋型樹脂微粒子は、粒子内部に三次元架橋構造を有する樹脂微粒子である。バインダーが架橋型樹脂微粒子を含む場合、得られる負極の耐電解液溶出性を確保することができる。架橋型樹脂微粒子の内部の架橋構造の量を調整することで、その効果を高めることができる。架橋型樹脂微粒子が、エポキシ基、アミド基、及び水酸基等の特定の官能基を含有することにより、他の電極構成材料及び電極基材に対する密着性を向上させることができる。エマルション中の架橋構造の量及びエポキシ基、アミド基、及び水酸基等の特定の官能基の量を調整することで、酵素発電デバイスの負極の耐久性を向上することができる。
　粒子内架橋に合わせて粒子間架橋を併用することもできる。粒子間架橋の場合には通常架橋剤を後添加するため、架橋剤成分の電解液への漏出及び負極作製時のばらつき等が生じる場合がある。このため、後添加の架橋剤は耐電解液性を損なわない範囲で用いる必要がある。

　（メタ）アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子は、架橋性単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を、水中にて界面活性剤の存在下、ラジカル重合開始剤を用いて乳化重合して得られる樹脂微粒子である。用いて好適な（メタ）アクリル系エマルションは、下記単量体（Ｍ１）、（Ｍ２）を下記割合で乳化重合することにより得られる。
（Ｍ１）１分子中に１つ以上のアルコキシシリル基と１つのエチレン性不飽和基を有するエチレン性不飽和単量体（ｃ１）、及び、１分子中に２つ以上のエチレン性不飽和基を有するエチレン性不飽和単量体（ｃ２）からなる群より選ばれる１種以上の架橋性単量体：０．１～５質量％、
（Ｍ２）上記単量体（ｃ１）、（ｃ２）以外の１分子中に１つのエチレン性不飽和基を有するエチレン性不飽和単量体（ｃ３）：９５～９９．９質量％。
（但し、上記単量体（ｃ１）～（ｃ３）の合計を１００質量％とする）

＜単量体（Ｍ１）＞
　架橋性単量体（Ｍ１）（単量体（ｃ１）及び／又は（ｃ２））の有する官能基（アルコキシシリル基又は２つ以上のエチレン性不飽和基）は自己架橋型反応性官能基であり、樹脂粒子の合成中に粒子内部に架橋構造を形成する。架橋型樹脂微粒子の内部に充分な量の架橋構造が形成されることで、これを含む負極の耐電解液性を向上させることができる。

　１分子中に１つ以上のアルコキシシリル基と１つのエチレン性不飽和基とを有する単量体（ｃ１）としては例えば、γ－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリブトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ－アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ－アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ－メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、γ－アクリロキシメチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、及びビニルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。

　１分子中に２つ以上のエチレン性不飽和基を有する単量体（ｃ２）としては例えば、（メタ）アクリル酸アリル、（メタ）アクリル酸１－メチルアリル、（メタ）アクリル酸２－メチルアリル、（メタ）アクリル酸１－ブテニル、（メタ）アクリル酸２－ブテニル、（メタ）アクリル酸３－ブテニル、（メタ）アクリル酸１，３－メチル－３－ブテニル、（メタ）アクリル酸２－クロルアリル、（メタ）アクリル酸３－クロルアリル、（メタ）アクリル酸ｏ－アリルフェニル、（メタ）アクリル酸２－（アリルオキシ）エチル、（メタ）アクリル酸アリルラクチル、（メタ）アクリル酸シトロネリル、（メタ）アクリル酸ゲラニル、（メタ）アクリル酸ロジニル、（メタ）アクリル酸シンナミル、ジアリルマレエート、ジアリルイタコン酸、（メタ）アクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、オレイン酸ビニル、リノレン酸ビニル、及び（メタ）アクリル酸２－（２’－ビニロキシエトキシ）エチル等のエチレン性不飽和基含有（メタ）アクリル酸エステル類；ジ（メタ）アクリル酸エチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸トリエチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸テトラエチレングリコール、トリ（メタ）アクリル酸トリメチロールプロパン、トリ（メタ）アクリル酸ペンタエリスリトール、ジアクリル酸１，１，１－トリスヒドロキシメチルエタン、トリアクリル酸１，１，１－トリスヒドロキシメチルエタン、及び１，１，１－トリスヒドロキシメチルプロパントリアクリル酸等の多官能（メタ）アクリル酸エステル類；ジビニルベンゼン、及びアジピン酸ジビニル等のジビニル類；イソフタル酸ジアリル、フタル酸ジアリル、及びマレイン酸ジアリル等のジアリル類等が挙げられる。

　架橋性単量体（Ｍ１）（単量体（ｃ１）及び／又は（ｃ２））中のアルコキシシリル基又は２つ以上のエチレン性不飽和基は、粒子内部に架橋構造を導入することを目的として使用されるが、それら官能基の一部が架橋構造を形成せずに重合後に粒子内部又は表面に残存してもよい。重合後に残存するアルコキシシリル基又はエチレン性不飽和基は、粒子間架橋に寄与することができる。特に、残存アルコキシシリル基は、架橋型樹脂微粒子の他の電極構成材料及び電極基材に対する密着性向上に寄与する効果があるため、好ましい。

　乳化重合に使用するエチレン性不飽和単量体の合計量（１００質量％）に対する架橋性単量体（Ｍ１）の量は、好ましくは０．１～５質量％、より好ましくは０．５～３質量％である。

＜単量体（Ｍ２）＞
　単量体（Ｍ２）として用いる単量体（ｃ３）としては、単量体（ｃ１）、（ｃ２）以外で、１分子中に１つのエチレン性不飽和基を有する単量体であれば、特に限定されない。
　単量体（Ｍ２）は例えば、１分子中に１つのエチレン性不飽和基と１つ以上のエポキシ基とを有する単量体（ｃ４）、１分子中に１つのエチレン性不飽和基と１つ以上のアミド基とを有する単量体（ｃ５）、及び１分子中に１つのエチレン性不飽和基と１つ以上の水酸基とを有する単量体（ｃ６）からなる群より選択される１種以上の単量体を含むことが好ましい。
　単量体（Ｍ２）は、単量体（ｃ４）～（ｃ６）の代わりに、又は単量体（ｃ４）～（ｃ６）と組み合わせて、単量体（ｃ１）、（ｃ２）、（ｃ４）～（ｃ６）以外の１分子中に１つのエチレン性不飽和基を有する単量体（ｃ７）を含んでいてもよい。

　単量体（Ｍ２）として単量体（ｃ４）～（ｃ６）を使用する場合、エポキシ基、アミド基、又は水酸基を、架橋型樹脂微粒子の内部又は表面に残存させることができ、これにより、架橋型樹脂微粒子の他の電極構成材料及び電極基材に対する密着性を向上させることができる。なお、単量体（ｃ４）～（ｃ６）は、粒子合成後もその官能基が粒子の内部又は表面に残存しやすく、少量の使用でも電極基材等に対する密着性向上効果が大きい。
　単量体（ｃ４）～（ｃ６）に含まれるエポキシ基、アミド基、又は水酸基の一部は、粒子重合中に内部架橋反応に使用されてもよく、これらの官能基の架橋度合いを調整することで、負極膜の耐電解液性と電極基材に対する密着性のバランスを調整することができる。

　単量体（ｃ４）としては例えば、グリシジル（メタ）アクリレート、及び３，４－エポキシシクロヘキシル（メタ）アクリレート等が挙げられる。

　単量体（ｃ５）としては例えば、（メタ）アクリルアミド等の第一アミド基含有エチレン性不飽和単量体；Ｎ－メチロールアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（メチロール）アクリルアミド、及びＮ－メチロール－Ｎ－メトキシメチル（メタ）アクリルアミド等のアルキロール（メタ）アクリルアミド類；Ｎ－メトキシメチル－（メタ）アクリルアミド、Ｎ－エトキシメチル－（メタ）アクリルアミド、Ｎ－プロポキシメチル－（メタ）アクリルアミド、Ｎ－ブトキシメチル－（メタ）アクリルアミド、及びＮ－ペントキシメチル－（メタ）アクリルアミド等のモノアルコキシ（メタ）アクリルアミド類；Ｎ，Ｎ－ジ（メトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ－エトキシメチル－Ｎ－メトキシメチルメタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（エトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ－エトキシメチル－Ｎ－プロポキシメチルメタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（プロポキシメチル）アクリルアミド、Ｎ－ブトキシメチル－Ｎ－（プロポキシメチル）メタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（ブトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ－ブトキシメチル－Ｎ－（メトキシメチル）メタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（ペントキシメチル）アクリルアミド、及びＮ－メトキシメチル－Ｎ－（ペントキシメチル）メタアクリルアミド等のジアルコキシ（メタ）アクリルアミド類；Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、及びＮ，Ｎ－ジエチルアミノプロピルアクリルアミド等のジアルキルアミノ（メタ）アクリルアミド類；Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、及びＮ，Ｎ－ジエチルアクリルアミド等のジアルキル（メタ）アクリルアミド類；ダイアセトン（メタ）アクリルアミド等のケト基含有（メタ）アクリルアミド類等が挙げられる。

　単量体（ｃ６）としては例えば、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４－ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、２－（メタ）アクリロイロキシエチル－２－ヒドロキシエチルフタル酸、グリセロールモノ（メタ）アクリレート、４－ヒドロキシビニルベンゼン、１－エチニル－１－シクロヘキサノール、及びアリルアルコール等が挙げられる。

　乳化重合に使用するエチレン性不飽和単量体の合計量（１００質量％）に対する単量体（ｃ４）～（ｃ６）の合計量は、好ましくは０．１～２０質量％、より好ましくは１～１５質量％、特に好ましくは２～１０質量％である。

　単量体（ｃ７）としては、単量体（ｃ１）、（ｃ２）、（ｃ４）～（ｃ６）以外の、１分子中に１つのエチレン性不飽和基を有する単量体であれば特に限定されない。例えば、１分子中に１つのエチレン性不飽和基と炭素数８～１８のアルキル基とを有する単量体（ｃ８）、及び、１分子中に１つのエチレン性不飽和基と環状構造とを有する単量体（ｃ９）等が挙げられる。
　乳化重合に使用するエチレン性不飽和単量体の合計量（１００質量％）に対する単量体（ｃ８）、（ｃ９）の合計量は、好ましくは３０～９５質量％である。
　単量体（Ｍ２）が単量体（ｃ８）及び／又は単量体（ｃ９）を含むことで、粒子合成時の粒子安定性が向上し、得られる負極の耐電解液性が向上するため、好ましい。

　単量体（ｃ８）としては例えば、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ミリスチル（メタ）アクリレート、セチル（メタ）アクリレート、及びステアリル（メタ）アクリレート等が挙げられる。
　単量体（ｃ９）としては例えば、脂環式エチレン性不飽和単量体及び芳香族エチレン性不飽和単量体等が挙げられる。脂環式エチレン性不飽和単量体としては例えば、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、及びイソボニル（メタ）アクリレート等が挙げられる。芳香族エチレン性不飽和単量体としては例えば、ベンジル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、スチレン、α－メチルスチレン、２－メチルスチレン、クロロスチレン、アリルベンゼン、及びエチニルベンゼン等が挙げられる。

　単量体（ｃ８）、（ｃ９）以外の単量体（ｃ７）としては例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ｎ－ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、及びヘプチル（メタ）アクリレート等のアルキル基含有エチレン性不飽和単量体；（メタ）アクリロニトリル等のニトリル基含有エチレン性不飽和単量体；パーフルオロメチルメチル（メタ）アクリレート、パーフルオロエチルメチル（メタ）アクリレート、２－パーフルオロブチルエチル（メタ）アクリレート、２－パーフルオロヘキシルエチル（メタ）アクリレート、２－パーフルオロオクチルエチル（メタ）アクリレート、２－パーフルオロイソノニルエチル（メタ）アクリレート、２－パーフルオロノニルエチル（メタ）アクリレート、２－パーフルオロデシルエチル（メタ）アクリレート、パーフルオロプロピルプロピル（メタ）アクリレート、パーフルオロオクチルプロピル（メタ）アクリレート、パーフルオロオクチルアミル（メタ）アクリレート、及びパーフルオロオクチルウンデシル（メタ）アクリレート等の炭素数１～２０のパーフルオロアルキル基を有するパーフルオロアルキル基含有エチレン性不飽和単量体；パーフルオロブチルエチレン、パーフルオロヘキシルエチレン、パーフルオロオクチルエチレン、及びパーフルオロデシルエチレン等のパーフルオロアルキルアルキレン類等のパーフルオロアルキル基含有エチレン性不飽和化合物；ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、エトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、プロポキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ｎ－ブトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ｎ－ペンタキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、エトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、プロポキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ｎ－ブトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ｎ－ペンタキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ポリテトラメチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリテトラメチレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシテトラエチレングリコール（メタ）アクリレート、ヘキサエチレングリコール（メタ）アクリレート、及びメトキシヘキサエチレングリコール（メタ）アクリレート等のポリエーテル鎖を有するエチレン性不飽和化合物；ラクトン変性（メタ）アクリレート等のポリエステル鎖を有するエチレン性不飽和化合物；（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド塩、トリメチル－３－（１－（メタ）アクリルアミド－１，１－ジメチルプロピル）アンモニウムクロライド、トリメチル－３－（１－（メタ）アクリルアミドプロピル）アンモニウムクロライド、及びトリメチル－３－（１－（メタ）アクリルアミド－１，１－ジメチルエチル）アンモニウムクロライド等の四級アンモニウム塩基含有エチレン性不飽和化合物；酢酸ビニル、酪酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ヘキサン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリル酸ビニル、パルミチン酸ビニル、及びステアリン酸ビニル等の脂肪酸ビニル系化合物；ブチルビニルエーテル、及びエチルビニルエーテル等のビニルエーテル系エチレン性不飽和単量体；１－ヘキセン、１－オクテン、１－デセン、１－ドデセン、１－テトラデセン、及び１－ヘキサデセン等のα－オレフィン系エチレン性不飽和単量体；酢酸アリル、及びシアン化アリル等のアリル単量体；シアン化ビニル、ビニルシクロヘキサン、及びビニルメチルケトン等のビニル単量体；アセチレン、及びエチニルトルエン等のエチニル単量体等が挙げられる。

　上記以外の単量体（ｃ７）としては例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、これらのアルキル又はアルケニルモノエステル、フタル酸β－（メタ）アクリロキシエチルモノエステル、イソフタル酸β－（メタ）アクリロキシエチルモノエステル、テレフタル酸β－（メタ）アクリロキシエチルモノエステル、コハク酸β－（メタ）アクリロキシエチルモノエステル、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、及びけい皮酸等のカルボキシ基含有エチレン性不飽和単量体；ターシャリーブチル（メタ）アクリレート等のターシャリーブチル基含有エチレン性不飽和単量体；ビニルスルホン酸、及びスチレンスルホン酸等のスルホン酸基含有エチレン性不飽和単量体；（２－ヒドロキシエチル）メタクリレートアッシドホスフェート等のリン酸基含有エチレン性不飽和単量体；ダイアセトン（メタ）アクリルアミド、アクロレイン、Ｎ－ビニルホルムアミド、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、アセトアセトキシエチル（メタ）アクリレート、アセトアセトキシプロピル（メタ）アクリレート、及びアセトアセトキシブチル（メタ）アクリレート等のケト基含有エチレン性不飽和単量体（１分子中に１つのエチレン性不飽和基と１つのケト基とを有する単量体）等が挙げられる。

　単量体（ｃ７）として、ケト基含有エチレン性不飽和単量体を使用する場合、架橋剤としてケト基と反応し得るヒドラジド基を１分子中に２つ以上有する多官能ヒドラジド化合物をエマルションに添加することが好ましい。この場合、ケト基とヒドラジド基との架橋により、強靱で、電極構成材料間の結着性、電極基材に対する密着性、及び耐電解液性に優れた負極膜を得ることができる。

　カルボキシ基、ターシャリーブチル基（この基は、加熱によりターシャリーブタノールが脱離してカルボキシ基になる。）、スルホン酸基、又はリン酸基を有する単量体（ｃ７）を用いる場合、得られる架橋型樹脂微粒子は、重合後にも粒子の内部又は表面に上記官能基が残存するため、架橋型樹脂微粒子の他の電極構成材料及び電極基材に対する密着性が向上し、好ましい。上記官能基を有する単量体（ｃ７）は、合成時の粒子の凝集を防ぐ、又は、合成後の粒子安定性を向上させる等の作用を有する場合もある。

　カルボキシ基、ターシャリーブチル基、スルホン酸基、及びリン酸基は、一部が重合中に反応し、粒子内架橋に使われても構わない。これらの官能基は、乾燥時に反応して粒子内又は粒子間の架橋に使われても構わない。
　乳化重合に使用するエチレン性不飽和単量体の合計量（１００質量％）に対する上記官能基を有する単量体（ｃ７）の量は、好ましくは０．２～２０質量％、より好ましくは０．１～１０質量％、特に好ましくは０．５～１０質量％、最も好ましくは１～５質量％である。

　例えばカルボキシ基は、重合中及び／又は乾燥時にエポキシ基と反応することで、樹脂微粒子に架橋構造を導入することができる。ターシャリーブチル基は、一定温度以上の熱が加わるとターシャリーブチルアルコールになり、このとき同時にカルボキシ基が形成される。このカルボキシ基は、上記と同様、エポキシ基と反応することができる。

　単量体（ｃ７）としては、架橋型樹脂微粒子の重合安定性、架橋型樹脂微粒子のガラス転移温度（Ｔｇ）、架橋型樹脂微粒子を含むペースト組成物の成膜性、又は得られる負極膜の物性を調整するために、２種以上の単量体を併用することができる。例えば、単量体（ｃ７）として（メタ）アクリロニトリルを含む複数種の単量体を併用することで、架橋型樹脂微粒子がゴム弾性を発現する場合がある。

＜架橋型樹脂微粒子の製造方法＞
　架橋型樹脂微粒子は、乳化重合方法により合成することができる。乳化重合に用いられる乳化剤としては特に限定されず、１分子中１つのエチレン性不飽和基を有する反応性乳化剤、及び／又は、エチレン性不飽和基を含まない非反応性乳化剤を使用することができる。乳化剤は、１種又は２種以上用いることができる。

　エチレン性不飽和基を有する反応性乳化剤は、アニオン系とノニオン系に大別することができる。エチレン性不飽和基を有するアニオン系又はノニオン系の反応性乳化剤を用いると、共重合体の分散粒子径が微細となるとともに粒度分布が狭くなるため、得られる負極の耐電解液性を向上することができ、好ましい。

　エチレン性不飽和基を有するアニオン系反応性乳化剤としては例えば、アルキルエーテル系（市販品としては例えば、第一工業製薬株式会社製のアクアロンＫＨ－０５、ＫＨ－１０、ＫＨ－２０；株式会社ＡＤＥＫＡ製のアデカリアソープＳＲ－１０Ｎ、ＳＲ－２０Ｎ；花王株式会社製のラテムルＰＤ－１０４等）；スルフォコハク酸エステル系（市販品としては例えば、花王株式会社製のラテムルＳ－１２０、Ｓ－１２０Ａ、Ｓ－１８０Ｐ、Ｓ－１８０Ａ；三洋化成株式会社製エレミノールＪＳ－２等）；アルキルフェニルエーテル系又はアルキルフェニルエステル系（市販品としては例えば、第一工業製薬株式会社製のアクアロンＨ－２８５５Ａ、Ｈ－３８５５Ｂ、Ｈ－３８５５Ｃ、Ｈ－３８５６、ＨＳ－０５、ＨＳ－１０、ＨＳ－２０、ＨＳ－３０；株式会社ＡＤＥＫＡ製のアデカリアソープＳＤＸ－２２２、ＳＤＸ－２２３、ＳＤＸ－２３２、ＳＤＸ－２３３、ＳＤＸ－２５９、ＳＥ－１０Ｎ、ＳＥ－２０Ｎ等）；（メタ）アクリレート硫酸エステル系（市販品としては例えば、日本乳化剤株式会社製のアントックスＭＳ－６０、ＭＳ－２Ｎ；三洋化成工業株式会社製のエレミノールＲＳ－３０等）；リン酸エステル系（市販品としては例えば、第一工業製薬株式会社製のＨ－３３３０ＰＬ；株式会社ＡＤＥＫＡ製のアデカリアソープＰＰ－７０等）等が挙げられる。

　エチレン性不飽和基を有するノニオン系反応性乳化剤としては例えば、アルキルエーテル系（市販品としては例えば、株式会社ＡＤＥＫＡ製のアデカリアソープＥＲ－１０、ＥＲ－２０、ＥＲ－３０、ＥＲ－４０；花王株式会社製のラテムルＰＤ－４２０、ＰＤ－４３０、ＰＤ－４５０等）；アルキルフェニルエーテル系又はアルキルフェニルエステル系（市販品としては例えば、第一工業製薬株式会社製のアクアロンＲＮ－１０、ＲＮ－２０、ＲＮ－３０、ＲＮ－５０；株式会社ＡＤＥＫＡ製のアデカリアソープＮＥ－１０、ＮＥ－２０、ＮＥ－３０、ＮＥ－４０等）；（メタ）アクリレート硫酸エステル系（市販品としては例えば、日本乳化剤株式会社製のＲＭＡ－５６４、ＲＭＡ－５６８、ＲＭＡ－１１１４等）等が挙げられる。

　エチレン性不飽和基を含まない非反応性乳化剤は、アニオン系とノニオン系に大別することができる。

　非反応性アニオン系乳化剤としては例えば、オレイン酸ナトリウム等の高級脂肪酸塩類；ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルアリールスルホン酸塩類；ラウリル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸エステル塩類；ポリエキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩類；ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩類；モノオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、及びポリオキシエチレンラウリルスルホコハク酸ナトリウム等のアルキルスルホコハク酸エステル塩及びその誘導体類；ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステル塩類等が挙げられる。

　非反応性ノニオン系乳化剤としては例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、及びポリオキシエチレンステアリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類；ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、及びポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類；ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、及びソルビタントリオレエート等のソルビタン高級脂肪酸エステル類；ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート等のポリオキシエチレンソルビタン高級脂肪酸エステル類；ポリオキシエチレンモノラウレート、及びポリオキシエチレンモノステアレート等のポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類；オレイン酸モノグリセライド、及びステアリン酸モノグリセライド等のグリセリン高級脂肪酸エステル類；ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロックコポリマー；ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル等が挙げられる。

　乳化剤の使用量は特に限定されず、架橋型樹脂微粒子がバインダーとして使用される際に求められる物性にしたがって適宜選択できる。例えば、１種以上のエチレン性不飽和単量体の合計１００質量部に対して、乳化剤の使用量は０．１～３０質量部であることが好ましく、０．３～２０質量部であることがより好ましく、０．５～１０質量部であることが特に好ましい。

　架橋型樹脂微粒子の乳化重合には必要に応じて、水溶性保護コロイドを用いることができる。水溶性保護コロイドとしては例えば、部分ケン化ポリビニルアルコール、完全ケン化ポリビニルアルコール、及び変性ポリビニルアルコール等のポリビニルアルコール類；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、及びカルボキシメチルセルロース塩等のセルロース誘導体；グアガム等の天然多糖類等が挙げられる。これらは、１種又は２種以上用いることができる。
　水溶性保護コロイドの使用量は、１種以上のエチレン性不飽和単量体の合計１００質量部に対して、好ましくは０．１～５質量部、より好ましくは０．５～２質量部である。

　架橋型樹脂微粒子の乳化重合に用いられる水性媒体としては、水が好ましい。親水性の有機溶剤も、本発明の目的を損なわない範囲で使用することができる。

　架橋型樹脂微粒子の乳化重合に用いられる重合開始剤としては、ラジカル重合を開始する能力を有するものであれば特に制限はなく、公知の油溶性重合開始剤又は水溶性重合開始剤を使用することができる。水溶性重合開始剤が好ましい。

　油溶性重合開始剤としては例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ｔｅｒｔ－ブチルパーオキシベンゾエート、ｔｅｒｔ－ブチルハイドロパーオキサイド、ｔｅｒｔ－ブチルパーオキシ（２－エチルヘキサノエート）、ｔｅｒｔ－ブチルパーオキシ－３，５，５－トリメチルヘキサノエート、及びジ－ｔｅｒｔ－ブチルパーオキサイド等の有機過酸化物；２，２’－アゾビスイソブチロニトリル、２，２’－アゾビス－２，４－ジメチルバレロニトリル、２，２’－アゾビス（４－メトキシ－２，４－ジメチルバレロニトリル）、及び１，１’－アゾビス－シクロヘキサン－１－カルボニトリル等のアゾビス化合物等が挙げられる。
　水溶性重合開始剤としては例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、及び２，２’－アゾビス（２－メチルプロピオンアミジン）ジハイドロクロライド等が挙げられる。
　重合開始剤は、１種又は２種以上用いることができる。重合開始剤の使用量は、１種以上のエチレン性不飽和単量体の合計１００質量部に対して、０．１～１０．０質量部が好ましい。

　乳化重合時には必要に応じて、重合開始剤と還元剤とを併用することができる。これにより、重合速度の促進又は低温での乳化重合が容易になる。還元剤としては例えば、アスコルビン酸、エルソルビン酸、酒石酸、クエン酸、ブドウ糖、及びホルムアルデヒドスルホキシラート等の金属塩等の還元性有機化合物；チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、及びメタ重亜硫酸ナトリウム等の還元性無機化合物；塩化第一鉄；ロンガリット；二酸化チオ尿素等が挙げられる。これら還元剤の使用量は、１種以上のエチレン性不飽和単量体の合計１００質量部に対して、０．０５～５．０質量部が好ましい。

　重合温度は、重合開始剤の重合開始温度以上とする。例えば、過酸化物系重合開始剤を用いる場合、通常７０℃程度がよい。重合時間は特に制限されず、通常２～２４時間である。
　なお、重合開始剤を用いず、光化学反応又は放射線照射等によっても、重合を行うことができる。

　架橋型樹脂微粒子の乳化重合には必要に応じて、緩衝剤として、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、及び重炭酸ナトリウム等が適量使用できる。
　架橋型樹脂微粒子の乳化重合には必要に応じて、連鎖移動剤として、オクチルメルカプタン、チオグリコール酸２－エチルヘキシル、チオグリコール酸オクチル、ステアリルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、及びｔ－ドデシルメルカプタン等のメルカプタン類等が適量使用できる。

　架橋型樹脂微粒子の重合原料として、カルボキシ基含有エチレン性不飽和単量体等の酸性官能基を有する単量体を使用する場合、重合前又は重合後に、塩基性化合物を用いて酸性官能基を中和してもよい。
　塩基性化合物としては例えば、アンモニア；トリメチルアミン、トリエチルアミン、及びブチルアミン等のアルキルアミン類；２－ジメチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、及びアミノメチルプロパノール等のアルコールアミン類；モルホリン等が挙げられる。中和に使用されずに残る余分な塩基性化合物の乾燥による除去容易性の観点から、揮発性の高い塩基が好ましく、アミノメチルプロパノール及び／又はアンモニアが好ましい。

＜架橋型樹脂微粒子の特性＞
　架橋型樹脂微粒子のガラス転移温度（Ｔｇ）は、－５０～７０℃が好ましく、－３０～３０℃がより好ましい。
　本明細書において、Ｔｇは、ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いて下記方法により求められる値である。架橋型樹脂微粒子を充分に乾燥させて得られる樹脂約２ｍｇをアルミニウムパン上で秤量し、このアルミニウムパンをＤＳＣにセットする。１０℃／分の昇温条件にて得られるチャート（ＤＳＣ曲線）の吸熱ピークを読み取り、このときのピーク温度をＴｇとする。

　架橋型樹脂微粒子の粒子構造は、単層構造粒子でも多層構造粒子（いわゆるコアシェル粒子）でもよい。例えば、コア部又はシェル部に主として特定の官能基を有する単量体単位を含む重合体を含有させる、あるいは、コア部とシェル部でＴｇ及び／又は組成を異ならせることにより、架橋型樹脂微粒子の成膜性、硬化性、又は乾燥性；架橋型樹脂微粒子の機械強度等を調整することができる。

　架橋型樹脂微粒子の平均粒子径（動的光散乱法により測定される体積平均粒子径）は、電極構成材料間の結着性及び粒子安定性の点から、１０～５００ｎｍであることが好ましく、３０～３００ｎｍであることがより好ましい。エマルション中に１μｍを超えるような粗大粒子が多く含有されると、粒子安定性が損なわれるので、エマルション中の１μｍを超える粗大粒子の量は５質量％以下であることが好ましい。

＜未架橋化合物（Ｅ）＞
　（メタ）アクリル系エマルション等の水性エマルションは、架橋型樹脂微粒子に加えて、未架橋のエポキシ基含有化合物、未架橋のアミド基含有化合物、未架橋の水酸基含有化合物、及び未架橋のオキサゾリン基含有化合物からなる群より選択される１種以上の未架橋の官能基含有化合物（Ｅ）（以下、単に未架橋化合物（Ｅ）又は化合物（Ｅ）と略記する場合がある。）を含むことが好ましい。化合物（Ｅ）は、水性液状媒体中に溶解せずに分散する。
　未架橋の官能基含有化合物（Ｅ）は、樹脂微粒子が乳化重合された後に添加され、樹脂微粒子の内部架橋形成に関与しない化合物である。化合物（Ｅ）は、１種又は２種以上用いることができる。

　上記したように、水性エマルションが架橋型微粒子を含むことで、負極の耐電解液性が向上する。更に、水性エマルションが化合物（Ｅ）を含むことで、化合物（Ｅ）中のエポキシ基、アミド基、水酸基、及びオキサゾリン基からなる群より選ばれる１種以上の官能基が、他の電極構成材料及び電極基材に対する密着性向上に寄与することができる。エマルション中の架橋構造の量及びエポキシ基、アミド基、水酸基、及びオキサゾリン基等の特定の官能基の量を調整することで、酵素発電デバイスの負極の耐久性を向上することができる。

　特に、エポキシ基、アミド基、及び水酸基等の特定の官能基を含む架橋型微粒子と、エポキシ基、アミド基、水酸基、及びオキサゾリン基等の特定の官能基を含む未架橋化合物（Ｅ）とを併用することで、他の電極構成材料及び電極基材に対する密着性を効果的に向上させることができる。
　なお、化合物（Ｅ）に含まれる上記特定の官能基は、長期保存時又は電極作製時に受ける熱に対して安定であるため、少量の使用でも電極基材等に対する密着性向上効果が効果的に得られる。化合物（Ｅ）に含まれる上記特定の官能基は、保存安定性にも優れている。

　化合物（Ｅ）に含まれる上記特定の官能基は、負極膜の柔軟性（可撓性）又は負極の耐電解液性を調整する目的で、架橋型樹脂微粒子中の官能基と反応させてもよい。但し、架橋型樹脂微粒子中の官能基との反応のために化合物（Ｅ）中の官能基が使われすぎると、電極基材等と相互作用し得る官能基が少なくなってしまう。
　このため、水性エマルション中の架橋型樹脂微粒子と化合物（Ｅ）との反応は、他の電極構成材料及び電極基材に対する密着性を損なわない範囲内である必要がある。また、化合物（Ｅ）が多官能化合物であり、化合物（Ｅ）に含まれる上記官能基の一部が架橋反応に用いられる場合には、これらの官能基の架橋度合いを調整することで、負極の耐電解液性と負極膜の電極基材等に対する密着性とのバランスを調整することができる。

＜未架橋のエポキシ基含有化合物＞
　未架橋のエポキシ基含有化合物としては例えば、グリシジル（メタ）アクリレート、及び３，４－エポキシシクロヘキシル（メタ）アクリレート等のエポキシ基含有エチレン性不飽和単量体；上記エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂；エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、１，６－ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ジグリシジルアニリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラグリシジル－ｍ－キシリレンジアミン、及び１，３－ビス（Ｎ，Ｎ’－ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサン等の多官能エポキシ化合物；ビスフェノールＡ－エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂、及びビスフェノールＦ－エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂等のエポキシ系樹脂等が挙げられる。

　中でも、ビスフェノールＡ－エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂、及びビスフェノールＦ－エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂等のエポキシ系樹脂；エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂等が好ましい。
　エポキシ系樹脂を使用する場合、ビスフェノール骨格による負極の耐電解液性の向上効果と、骨格に含まれる水酸基による負極膜の電極基材に対する密着性の向上効果が期待できる。
　エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂を使用する場合、樹脂骨格内に含まれる多くのエポキシ基による負極膜の電極基材に対する密着性の向上効果と、単量体ではなく樹脂であることによる負極の耐電解液性の向上効果が期待できる。

＜未架橋のアミド基含有化合物＞
　未架橋のアミド基含有化合物としては例えば、アミド基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂等が挙げられる。
　アミド基含有エチレン性不飽和単量体としては、（メタ）アクリルアミド等の第一アミド基含有化合物；Ｎ－メチロールアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（メチロール）アクリルアミド、及びＮ－メチロール－Ｎ－メトキシメチル（メタ）アクリルアミド等のアルキロール（メタ）アクリルアミド系化合物；Ｎ－メトキシメチル－（メタ）アクリルアミド、Ｎ－エトキシメチル－（メタ）アクリルアミド、Ｎ－プロポキシメチル－（メタ）アクリルアミド、Ｎ－ブトキシメチル－（メタ）アクリルアミド、及びＮ－ペントキシメチル－（メタ）アクリルアミド等のモノアルコキシ（メタ）アクリルアミド系化合物；Ｎ，Ｎ－ジ（メトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ－エトキシメチル－Ｎ－メトキシメチルメタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（エトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ－エトキシメチル－Ｎ－プロポキシメチルメタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（プロポキシメチル）アクリルアミド、Ｎ－ブトキシメチル－Ｎ－（プロポキシメチル）メタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（ブトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ－ブトキシメチル－Ｎ－（メトキシメチル）メタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジ（ペントキシメチル）アクリルアミド、及びＮ－メトキシメチル－Ｎ－（ペントキシメチル）メタアクリルアミド等のジアルコキシ（メタ）アクリルアミド系化合物；Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、及びＮ，Ｎ－ジエチルアミノプロピルアクリルアミド等のジアルキルアミノ（メタ）アクリルアミド系化合物；Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、及びＮ，Ｎ－ジエチルアクリルアミド等のジアルキル（メタ）アクリルアミド系化合物；ダイアセトン（メタ）アクリルアミド等のケト基含有（メタ）アクリルアミド系化合物等が挙げられる。

　中でも、アクリルアミド等のアミド基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂が好ましい。このラジカル重合系樹脂を使用する場合、樹脂骨格内に含まれる多くのアミド基による負極膜の電極基材に対する密着性の向上効果と、単量体ではなく樹脂であることによる負極の耐電解液性の向上効果が期待できる。

＜未架橋の水酸基含有化合物＞
　未架橋の水酸基含有化合物としては例えば、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４－ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、グリセロールモノ（メタ）アクリレート４－ヒドロキシビニルベンゼン、１－エチニル－１－シクロヘキサノール、及びアリルアルコール等の水酸基含有エチレン性不飽和単量体；上記水酸基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂；エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、及び１，６－ヘキサンジオール等の直鎖脂肪族ジオール類；プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、及び２，２－ジエチル－１，３－プロパンジオール等の分岐鎖脂肪族ジオール類；１，４－ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン等の環状ジオール類等が挙げられる。

　中でも、水酸基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂、及び環状ジオール類等が好ましい。水酸基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂を使用する場合、樹脂骨格内に含まれる多くの水酸基による負極膜の電極基材等に対する密着性の向上効果と、単量体ではなく樹脂であることによる負極の耐電解液性の向上効果が期待できる。環状ジオール類を使用する場合、骨格に含まれる環状構造による負極の耐電解液性の向上効果が期待できる。

＜未架橋のオキサゾリン基含有化合物＞
　未架橋のオキサゾリン基含有化合物としては例えば、２’－メチレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－エチレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－エチレンビス（４－メチル－２－オキサゾリン）、２，２’－プロピレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－テトラメチレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－ヘキサメチレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－オクタメチレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－ｐ－フェニレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－ｐ－フェニレンビス（４，４’－ジメチル－２－オキサゾリン）、２，２’－ｐ－フェニレンビス（４－メチル－２－オキサゾリン）、２，２’－ｐ－フェニレンビス（４－フェニル－２－オキサゾリン）、２，２’－ｍ－フェニレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－ｍ－フェニレンビス（４－メチル－２－オキサゾリン）、２，２’－ｍ－フェニレンビス（４，４’－ジメチル－２－オキサゾリン）、２，２’－ｍ－フェニレンビス（４－フェニレンビス－２－オキサゾリン）、２，２’－ｏ－フェニレンビス（２－オキサゾリン）、２，２’－ｏ－フェニレンビス（４－メチル－２－オキサゾリン）、２，２’－ビス（２－オキサゾリン）、２，２’－ビス（４－メチル－２－オキサゾリン）、２，２’－ビス（４－エチル－２－オキサゾリン）、２，２’－ビス（４－フェニル－２－オキサゾリン）、及びオキサゾリン基含有ラジカル重合系樹脂等が挙げられる。

　中でも、２’－ｐ－フェニレンビス（２－オキサゾリン）等のフェニレンビス型オキサゾリン化合物、及びオキサゾリン基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂等が好ましい。フェニレンビス型オキサゾリン化合物を使用する場合、骨格内に含まれるフェニル基による負極の耐電解液性の向上効果が期待できる。オキサゾリン基含有エチレン性不飽和単量体を含む１種以上のエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂を使用する場合、樹脂骨格内に含まれる多くのオキサゾリン基による負極膜の電極基材に対する密着性の向上効果と、単量体ではなく樹脂であることによる負極の耐電解液性の向上効果が期待できる。

＜化合物（Ｅ）の添加量及び分子量＞
　化合物（Ｅ）の添加量は、架橋型樹脂微粒子（固形分）１００質量部に対して０．１～５０質量部が好ましく、５～４０質量部がより好ましい。
　化合物（Ｅ）の質量平均分子量（Ｍｗ）は特に限定されず、１，０００～１，０００，０００が好ましく、５，０００～５００，０００がより好ましい。本明細書において、特に明記しない限り、Ｍｗは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により測定されるポリスチレン換算値である。

＜水性液状媒体＞
　負極用ペースト組成物に用いられる水性液状媒体としては、水が好ましい。
　導電性電極基材に対する塗工性向上等のために、必要に応じて、水と相溶する液状媒体を併用してもよい。水と相溶する液状媒体としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、及びニトリル類等が挙げられる。これらは、水と相溶する範囲内で使用できる。

（その他の成分）
　負極用ペースト組成物には必要に応じて、分散剤、増粘剤、成膜助剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、及びｐＨ調整剤等の１種以上の任意の添加剤を配合できる。例えば、粘性調整及び分散安定性向上等のために、増粘剤及び／又は分散剤を添加することが好ましい。

＜水溶性分散剤＞
　分散剤としては水溶性分散剤が好ましく、水溶性を示す樹脂が好ましい。例えば、アクリル樹脂；ポリウレタン樹脂；ポリエステル樹脂；ポリアミド樹脂；ポリイミド樹脂；ポリアリルアミン樹脂；フェノール樹脂；エポキシ樹脂；フェノキシ樹脂；尿素樹脂；メラミン樹脂；アルキッド樹脂；ホルムアルデヒド樹脂；シリコーン樹脂；フッ素樹脂；カルボキシメチルセルロース等の多糖類；これらの変性物等が挙げられる。これらは、１種又は２種以上用いることができる。

（負極用ペースト組成物の調製方法）
　負極用ペースト組成物の調製方法に特に制限されず、全成分を同時に混合・分散させる方法；導電材及び／又は酸化還元酵素を水性液状媒体中に分散させた後、水性樹脂微粒子を添加・混合する方法が挙げられる。用いる材料の組合せに応じて、適宜選択することができる。
　負極用ペースト組成物の調製は、正極用ペースト組成物の調製と同様、湿式混合装置を用いて行うことができる。

　負極用ペースト組成物に含まれる全固形分１００質量部に対して、導電材及び／又は酸素還元触媒の量は好ましくは５～９９質量部、より好ましくは１０～９５質量部であり、水性樹脂微粒子の量は好ましくは０．０１～８０質量部、より好ましくは０．０２～６０質量部である。

　負極用ペースト組成物は、酸化還元酵素を含まなくてもよい。導電材、水性樹脂微粒子、及び水性液状媒体を含み、酸化還元酵素を含まないペースト組成物を用いて負極膜を形成した後、得られた負極膜に酸化還元酵素を担持させてもよい。

［酵素発電デバイス］
　本発明の酵素発電デバイスは、酸化還元酵素を含み、燃料を酸化する負極、酸素の還元が起こる正極、及び必要に応じて負極と正極とを電気的に分離するセパレータを含み、更に必要に応じて、負極から正極側にイオンを伝達するためのイオン伝導体を含む。
　酵素発電デバイスでは、負極で酸化還元酵素により燃料又はセンシング対象物質質が分解され、プロトンと電子が生成される。この反応は酸化反応である。生成された電子は、負極から正極に流れ、電気エネルギーが得られる。生成されたプロトンは正極に伝導され、正極で触媒存在下、酸素（通常、空気中の酸素）と負極から流入する電子と結合し、水が生成される。この反応は還元反応である。

　酵素発電デバイスの具体的な態様としては、酵素燃料電池及び有機物センサー等が挙げられる。酵素燃料電池では、糖及びアルコール等の有機物を燃料として用い、負極での酸化反応と正極での還元反応を含む上記反応により発電し、電気を出力することができる。有機物センサーでは、発電の有無又は発電量を検知することにより、センシング対象物質の有無又は量を検出することができる。酵素発電デバイスは、電源とセンサーを兼ねることができ、電源機能付きセンサーとして用いることができる。

（燃料又はセンシング対象物質）
　燃料又はセンシング対象物質としては酸化還元酵素により分解できる有機物であれば特に限定されず、グルコース（好ましくは天然型のＤ－グルコース）及びフルクトース等の単糖類；デンプン等の多糖類；エタノール等のアルコール；乳酸等の有機酸等が挙げられる。中でも、グルコース、フルクトース、及び乳酸からなる群より選択される１種以上の有機物が好ましい。燃料は、外部から供給されてもよいし、セパレータ等に担持されるなど、酵素発電デバイスに内蔵されてもよい。

（正極）
　本発明において、正極は、炭素六角網面を基本骨格とする炭素材料からなり、構成元素として１種以上のヘテロ元素を含み、ヘテロ元素が炭素骨格内の炭素元素の少なくとも一部を置換するようにドープされた構造を有し、酸素還元活性を有する、本発明の酵素発電デバイス正極用炭素触媒を含む。
　正極での反応が酸素を電子受容体として使用する酸素還元反応である場合、反応場となる正極触媒の活性点まで、電子及びプロトンの伝導パスと酸素の供給パスが充分に確保されていることが、効率的な発電又はセンシングを行う上で好ましい。

　正極の製造方法としては、導電性支持体及びセパレータ等の電極基材上に、正極用ペースト組成物を塗布し乾燥して、正極膜を形成する方法；転写用基材上に正極用ペースト組成物を塗布し乾燥して得られた正極膜を導電性支持体及びセパレータ等の電極基材上に転写する方法等が挙げられる。
　正極用ペースト組成物の塗布方法としては例えば、ナイフコーター、バーコーター、ブレードコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、及びカーテンコーター等の各種コーターを用いた塗布法；スクリーン印刷法等が挙げられる。
　正極用ペースト組成物は好ましくは、上記の本発明の酵素発電デバイス正極用炭素触媒と溶剤とバインダーとを含み、更に必要に応じて分散剤を含む。

　正極用の導電性支持体としては、導電性材料であれば特に限定されない。カーボンペーパー、カーボンフェルト、及びカーボンクロス等の炭素材；金属箔及び金属メッシュ等の金属材等が挙げられる。正極用の導電性支持体としては、上記導電材料の代わりに／又は上記導電材料と組み合わせて、紙類及び布類等の非導電性支持体上に、炭素材料、及び／又は、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、及びポリチオフェン等の導電性高分子を含む導電ペースト組成物を塗布し乾燥して得られた導電層付き支持体を用いてもよい。

（セパレータ）
　セパレータとしては、負極と正極とを電気的に分離し、短絡を防止できるものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。具体的には、ポリエチレン繊維及びポリプロピレン繊維等の樹脂繊維；ガラス繊維；樹脂不織布；ガラス不織布；フェルト；濾紙；和紙等が挙げられる。正極と負極とが充分な距離を保ち、接触による短絡の恐れがない構造であれば、セパレータを用いなくてもよい。

（負極）
　負極の製造方法としては、
　導電性支持体及びセパレータ等の電極基材上に、酸化還元酵素及び必要に応じてメディエータを含む負極用ペースト組成物を塗布し乾燥して、負極膜を形成する方法；転写用基材上に酸化還元酵素及び必要に応じてメディエータを含む負極用ペースト組成物を塗布し乾燥して得られた負極膜を上記電極基材上に転写する方法；上記電極基材上に酸化還元酵素及びメディエータを含まない負極用ペースト組成物を塗布し乾燥した後、得られた負極膜に酸化還元酵素及び必要に応じてメディエータを担持させる方法；転写用基材上に酸化還元酵素及びメディエータを含まない負極用ペースト組成物を塗布し乾燥して得られた負極膜を上記電極基材上に転写した後、得られた負極膜に酸化還元酵素及び必要に応じてメディエータを担持させる方法；導電性支持体に酸化還元酵素及び必要に応じてメディエータを直接担持させる方法等が挙げられる。

　負極用の導電性支持体は、正極用の導電性支持体と同様のものを用いることができる。負極用ペースト組成物の塗布方法は、正極用ペースト組成物の塗布方法と同様である。
　酸化還元酵素及びメディエータを含まない負極膜に酸化還元酵素及び必要に応じてメディエータを担持させる方法としては、酸化還元酵素及び必要に応じてメディエータを溶解させた液を浸漬法等により負極膜に付着させた後、乾燥させる方法等が挙げられる。導電性支持体に直接酸化還元酵素及び必要に応じてメディエータを直接担持させる方法も、同様である。

　負極は酸化還元酵素を含み、好ましくは導電材と水性樹脂微粒子とを含み、更に必要に応じてメディエータを含む。負極用ペースト組成物は好ましくは、導電材及び／又は酸化還元酵素とバインダーとして機能する水性樹脂微粒子と水性液状媒体とを含み、更に必要に応じてメディエータを含む。

＜メディエータ＞
　酸化還元酵素には、電極に直接電子を伝達できる直接電子移動型（ＤＥＴ型）酵素と、直接電子を伝達できない酵素とが存在する。ＤＥＴ型でない酵素の場合には、燃料又はセンシング対象物質の酸化によって生じた電子を酵素から電極に伝達する役割を担うメディエータを併用する必要がある。
　メディエータとしては、電極に電子を伝達できる酸化還元物質であれば特に制限はなく、公知のものを使用できる。メディエータは、電極に担持させてもよいし、電解液に溶解させてもよい。メディエータとしては例えば、テトラチアフルバレン及びキノン類（例えば、ハイドロキノン及び１，４－ナフトキノン等）等の非金属化合物；フェロセン、フェリシアン化物、オスミウム錯体、及びこれら化合物を修飾したポリマー等が挙げられる。

（イオン伝導体）
　イオン伝導体は負極と正極との間に配置され、負極で生成されたプロトンを正極に伝導する。イオン伝導体としては特に限定されず、例えば、リン酸緩衝液等の液体に電解質が溶解した電解液、及び固体のポリマー電解質等が挙げられる。
　イオン伝導体は負極と正極との間に配置しなくてもよい。例えば、小型・軽量化及び保存性等を考慮すると、デバイス内に電解質を含むイオン伝導体を配置せず、燃料又はセンシング対象物質である尿、汗、及び血液等に含まれるイオン伝導体を使用することが好ましい場合がある。

［用途］
　本発明の酵素発電デバイスは、酵素燃料電池、自己発電型センサー、有機物センサー、及び水分センサー等として利用することができる。
　自己発電型センサーは、電源機能を有するとセンサーである。このセンサーは、酵素反応により発電した電力を用いてセンサーを駆動させることができ、外部からの電力供給が不要な電源フリーのセンサーである。
　自己発電型センサーは、生体向けのウェアラブルセンサー又はインプラントセンサーとしての活用が期待されている。これら生体向けデバイスでは、血液中の血糖、尿中の尿糖、汗中の糖又は乳酸、涙、及び唾液中の糖等をセンシング対象物質として利用できる。また、生体試料が燃料として利用できる有機物を含まなくても、自己発電型センサーは、予め燃料となる有機物を内蔵することで、水分等の液体成分をセンシング対象物質としたセンサー（例えば水分センサー）として利用することができる。

　本発明の酵素発電デバイスを適用可能な電源としては例えば、家庭用電源、モバイル機器用電源、使い捨て電源、生体用のウェアラブル電源又はインプラント電源、バイオマス燃料用電源、ＩｏＴセンサー用電源、及び周囲の有機物を燃料として発電する環境発電（エネルギーハーベスト）電源等が挙げられる。

　本発明の酵素発電デバイスを適用可能なセンサーとしては例えば、各種有機物を対象とした有機物センサー；血液、汗、尿、便、涙、唾液、及び呼気等の生体試料中の有機物又は体液を対象とした生体センサー；水分を対象にした水分センサー；果物又は食品中の糖等を対象にした食品用センサー；ＩｏＴセンサー；大気、河川、及び土壌等環境中の有機物を対象にした環境センサー；動物、昆虫、植物を対象にした動植物センサー等が挙げられる。これらセンサーは、電源とセンサーを兼ねる自己発電型センサーであってもよいし、電源を兼ねないセンサーであってもよい。

　本発明の酵素発電デバイスを用いたセンシングでは、電源とセンサーのうち少なくとも一方に本発明の酵素発電デバイスを用いることができる。電源として別方式の電池（例えばコイン電池等）を用い、センサーとして本発明の酵素発電デバイスを用いてもよいし、電源及びセンサーとして本発明の酵素発電デバイスを１種以上用いてもよいし、電源として本発明の酵素発電デバイスを用い、センサーとして別方式のセンサーを用いてもよい。

　生体センサーとしては例えば、血液中の糖をセンシングする血糖値センサー；尿中の糖をセンシングする尿糖値センサー；汗中の乳酸値をセンシングする疲労度センサー又は熱中症センサー；汗又は尿中の水分をセンシングする発汗センサー又は排尿センサー等が挙げられる。
　生体向けのウェアラブルセンサー又はインプラントセンサーの用途として例えば、おむつ内に取り付けて使用する排尿センサー又は尿糖値センサー；経皮貼付型の発汗センサー又は熱中症センサー等が挙げられる。

　ＩｏＴセンサーの用途では、無線機とセンサーとを組み合わせ、センシング情報をワイヤレスで外部に送信する使い方ができる。この用途では、無線機の電源及びセンサーに本発明の酵素発電デバイスを利用してもよいし、無線機の電源に本発明の酵素発電デバイスを利用し、センサーに本発明以外の酵素発電デバイスを利用してもよいし、無線機の電源に本発明の酵素発電デバイスを利用し、センサーに別方式のセンサーを利用してもよいし、無線機の電源及びセンサーの電源に１種以上の本発明の酵素発電デバイスを用い、センサーに別方式のセンサーを利用してもよいし、無線機の電源に別方式の電池（例えばコイン電池等）を用い、センサーに本発明の酵素発電デバイスを利用してもよい。

　ＩｏＴセンサーをおむつ用の生体センサーとして利用する場合は、おむつ内に酵素発電デバイスを仕込み、例えば下記の様な使い方ができる。
　尿糖値センサーの場合、尿中の糖を燃料及びセンシング対象として利用し、得られた電力で無線機を作動してもよいし、尿中の糖をセンシング対象として利用し、予め燃料をデバイスに内蔵させ、尿中の水分を利用し発電して得られた電力で無線機を作動してもよいし、尿中の糖をセンシング対象として利用し、別方式の電池（例えばコイン電池等）の電力で無線機を作動してもよい。
　排尿センサーの場合、予め燃料をデバイスに内蔵させ、尿中の水分をセンシング対象物質とし、この水分を利用し発電し得られた電力で無線機を作動してもよいし、予め燃料をデバイスに内蔵させ、尿中の水分を利用し発電して得られた電力で無線機及び別方式の排尿センサーを作動してもよいし、予め燃料をデバイスに内蔵させ、尿中の水分をセンシング対象物質とし、別方式の電池（例えばコイン電池等）の電力で無線機を作動してもよい。

　上記センサーを皮膚貼付型の生体センサーとして使用する場合、本発明の酵素発電デバイスを、粘着剤、粘着テープ、及び粘着シート等を用いて皮膚、衣類、又は服飾品等に貼り付けて、又は、衣類又は服飾品等に埋め込んで、使用することができる。
　皮膚貼付型の生体センサーは例えば、汗の成分を分析するセンサー（このセンサーは電源を兼ねてもよい）として使用できる。この場合、汗中の乳酸、電解質濃度、及びｐＨ等をセンシングすることで、熱中症、疲労度、及び健康状態等の診断又はモニタリングを行うことができる。
　センサーの貼り付け部位は特に限定されず、発汗の多い部位の方が、発電に必要な燃料又は水分がセンサーに多く供給されるため、好ましい。

　皮膚貼付型の生体センサーの用途では、例えば下記の様な使い方ができる。
　乳酸値センサーの場合、汗中の乳酸を燃料及びセンシング対象として利用し、得られた電力で無線機を作動してもよいし、汗中の乳酸をセンシング対象として利用し、予め燃料をデバイスに内蔵させ、汗中の水分を利用し発電して得られた電力で無線機を作動してもよいし、汗中の乳酸をセンシング対象として利用し、別方式の電池（例えばコイン電池等）の電力で無線機を作動してもよい。

　センサーの用途では、ワイヤレス送信以外にも、アラーム機器とセンサーとを組み合わせ、Ｏｎ－Ｏｆｆ等のセンシング情報を光、音、及び振動等によって外部に発信する使い方もできる。

　本発明によれば、白金等の貴金属を使用することなく低コストに、酵素発電デバイスの高寿命化と出力安定性の向上を実現することができる。
　本発明によれば、上記の酵素発電デバイス正極用炭素触媒を用いることで、高寿命で出力安定性に優れた酵素発電デバイスを提供することができる。

　本発明の上記の酵素発電デバイスを用いれば、低コストで、使い捨て（易廃棄又はリサイクル不要）なデバイスを実現することができる。
　セパレータ不使用の、又は、セパレータとして紙等を使用する酵素発電デバイスでは、負極と正極とが完全分離していないため、燃料又はセンシング対象物質の成分が正極反応の不純物となり、正極に含まれる触媒を被毒する恐れがある。この場合、触媒の種類によっては、触媒の活性低下とそれによるデバイスの出力不安定化が生じる恐れがある。
　白金等の貴金属を含む触媒は被毒されやすいため、上記系での使用は好ましくない。一方、本発明の炭素触媒は被毒に強いため、上記正極反応の不純物が存在する系においても好適に使用できる。
　不織布、フェルト、及び紙等の易廃棄なセパレータと、このセパレータに直接、塗布法により形成された負極膜及び正極膜とを含む酵素発電デバイスの正極に、本発明の正極用炭素触媒を用いると、正極に高価な貴金属及び酵素を使用せず低コストに、使い捨て可能（易廃棄又はリサイクル不要）な酵素発電デバイスを実現することが可能となる。

　上記の他、易廃棄な酵素発電デバイスでは例えば、負極及び正極用の導電性支持体として、紙上に塗布法により炭素材料からなる導電層を形成したものを用いることもできる。易廃棄な酵素発電デバイスの例としては、上記導電性支持体に直接酸化還元酵素とメディエータとを担持させて得られた負極と、上記導電性支持体に本発明の炭素触媒を含む正極用ペースト組成物を塗布し乾燥させて得られた正極と、紙からなるセパレータとを貼りあわせて作製される酵素発電デバイスが挙げられる。

　更に、酵素発電デバイスとその電力によって作動されるデバイスとの接続配線として、炭素配線等の非金属配線を用いることで、分別及びリサイクル不要で安価なデバイスユニットの実現が可能となる。

　酵素発電デバイスにおいて、負極は、酸化還元酵素と導電材と水性樹脂微粒子とを含むことができる。この場合、負極は、水性樹脂微粒子が導電材及び／又は酸化還元酵素と共に分散された負極形成用ペースト組成物を用いて製造される。バインダーとして水性樹脂微粒子を用いることで、電極構成材料間の結着性及び電極基材に対する密着性に優れ、強度の高い負極を実現できる。
　水性樹脂微粒子と導電材及び／又は酸化還元酵素との結着は点接触であるため、負極中の酵素の分布は阻害されにくい。更に、水性樹脂微粒子は他の電極構成材料の結着性及び電極基材に対する密着性に優れ、少量の使用でよいため、樹脂の多使用による負極の抵抗増加を抑制できる。
　導電材及び／又は酸素還元触媒と水性樹脂微粒子とを含有する負極用ペースト組成物を使用することで、負極膜に含まれる電極構成材料間の結着性及び負極膜の電極基材に対する密着性が高く、出力性能に優れた酵素発電デバイスを提供できる。

　以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。なお、実施例及び比較例で作製した触媒、ペースト組成物、正極、及び負極はいずれも、酵素発電デバイス用である。以下の記載において、特に明記しない限り、「部」は「質量部」、「％」は「質量％」を表す。

［正極用炭素触媒の評価］
　実施例１－１～１－９、比較例１－１～１－２では、製造又は用意した正極用炭素触媒について、以下の測定機器を使用し、表１に示す元素モル比、表面末端窒素の割合、ＢＥＴ比表面積、Ｘ線回折角（２θ）のピーク位置とピークの半値幅、及び体積抵抗率を求めた。体積抵抗率は、２０ｋＮの荷重を加えた時の値を採用した。
・表面末端窒素：Ｘ線分光分析（ＸＰＳ）装置（島津／ＫＲＡＴＯＳ社製ＡＸＩＳ－ＨＳ）
・ＢＥＴ比表面積：窒素吸着量測定装置（日本ベル社製ＢＥＬＳＯＲＰ－ｍｉｎｉ）
・Ｘ線回折データ：全自動水平型多目的Ｘ線回折装置（リガク社製Ｓｍａｒｔｌａｂ）
・Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｎ、Ｒ_Ｍ：ＣＨＮ元素分析装置（パーキンエルマー社製２４００型ＣＨＮ元素分析装置）、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＰＥＣＴＲＯ社製ＳＰＥＣＴＲＯＡＲＣＯＳ　ＦＨＳ１２）
・体積抵抗率：紛体抵抗測定システム（三菱ケミカルアナリテック社製：ＭＳＰ－ＰＤ５１型）、低抵抗率計（三菱ケミカルアナリテック製：ロレスターＧＸＭＣＰ－Ｔ７００）

　実施例１－１～１－９、及び比較例１－１～１－３では、正極の製造条件を変えて比較を行った。
　実施例２－１～２－３３、及び比較例２－１～２－７では、負極の製造条件を変えて比較を行った。
　実施例３－１～３－７では、負極の製造条件を変えて比較を行った。

［実施例１－１］
（正極用炭素触媒の製造）
　グラフェンナノプレートレットｘＧｎＰ－Ｃ－７５０（ＸＧｓｃｉｅｎｃｅ社製）と鉄フタロシアニンＰ－２６（山陽色素社製）とを質量比１：０．５となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。この混合物をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にて窒素雰囲気下、１０００℃で３時間熱処理を行い、正極用炭素触媒（１）を得た。

（正極用ペースト組成物の調製）
　正極用炭素触媒（１）４．８部と、水性液状媒体として水４９．２部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース水溶液４０部（固形分２％）とをミキサーに入れて撹拌混合した。更に、得られた混合物をサンドミルに入れて分散混合した。その後、バインダーとしてエマルション型アクリル樹脂分散溶液（トーヨーケム社製：Ｗ－１６８）６部（固形分５０％）を加え、ミキサーで撹拌混合し、正極用ペースト組成物（１）を得た。

（正極の作製）
　導電性支持体として、炭素繊維からなる東レ社製カーボンペーパー基材を用意した。ドクターブレードを用い、乾燥後の炭素触媒の目付け量が２ｍｇ／ｃｍ^２となるように、上記導電性支持体上に正極用ペースト組成物（１）を塗布し、大気雰囲気中９５℃で６０分間加熱乾燥し、正極（１）を作製した。

［実施例１－２］
　ケッチェンブラックＥＣ－６００ＪＤ（ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製）と鉄フタロシアニン　Ｐ－２６（山陽色素社製）とを質量比１：１となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。この混合物をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にて窒素雰囲気下、８００℃で２時間熱処理を行い、正極用炭素触媒（２）を得た。得られた正極用炭素触媒（２）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極用ペースト組成物（２）を得、正極（２）を作製した。

［実施例１－３］
　カーボンナノチューブＶＧＣＦ－Ｈ（昭和電工社製）とコバルトフタロシアニン（東京化成社製）とを質量比１：１となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。この混合物をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にて窒素雰囲気下、８００℃で２時間熱処理を行い、正極用炭素触媒（３）を得た。得られた正極用炭素触媒（３）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極用ペースト組成物（３）を得、正極（３）を作製した。

［実施例１－４］
　クノーベルＭＪ（４）１５０（東洋炭素社製）と鉄フタロシアニン（山陽色素社製）とを質量比１：０．５となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。この混合物をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にて窒素雰囲気下、８００℃で２時間熱処理を行い、正極用炭素触媒（４）を得た。得られた正極用炭素触媒（４）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極用ペースト組成物（４）を得、正極（４）を作製した。

［実施例１－５］
　フェノール樹脂（群栄化学社製ＰＳＭ－４３２６）と鉄フタロシアニンＰ－２６（山陽色素社製）とを質量比３．３：１となるようにそれぞれ秤量し、アセトン中で湿式混合した。得られた混合物を減圧留去した後、乳鉢で粉砕し、前駆体とした。この前駆体粉末をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にて窒素雰囲気下、６００℃で２時間熱処理を行い、炭素焼結体（１）を得た。
　上記炭素焼結体（１）を濃塩酸中でスラリー化した後、静置させた。炭素焼結体（１）が沈殿した後、上澄み液を除去した。これらの操作を上澄み液の着色がなくなるまで、繰り返した。得られた沈殿物を濾過、水洗、及び乾燥し、乳鉢で粉砕した後、アルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にてアンモニア雰囲気下、８００℃で１時間熱処理し、炭素焼結体（２）を得た。
　上記炭素焼結体（２）を濃塩酸中でスラリー化し、静置させた。炭素焼結体が沈殿した後、上澄み液を除去した。これらの操作を上澄み液の着色がなくなるまで、繰り返した。得られた沈殿物を濾過、水洗、及び乾燥し、乳鉢で粉砕し、正極用炭素触媒（５）を得た。
　得られた正極用炭素触媒（５）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極用ペースト組成物（５）を得、正極（５）を作製した。

［実施例１－６］
　ポリビニルピリジン（ＰＶＰ、アルドリッチ社製）をジメチルホルムアミド中に溶解させ、ＰＶＰと塩化鉄六水和物との質量比が２：１となるように、塩化鉄六水和物を加え、室温で２４時間攪拌し、ポリビニルピリジン鉄錯体を得た。このポリビニルピリジン鉄錯体をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にて窒素雰囲気下、８００℃で２時間熱処理を行い、得られた炭化物を乳鉢にて粉砕し、正極用炭素触媒（６）を得た。得られた正極用炭素触媒（６）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極用ペースト組成物（６）を得、正極（６）を作製した。

［実施例１－７］
　ポリビニルピリジン（ＰＶＰ、アルドリッチ社製）をジメチルホルムアミド中に溶解させ、ＰＶＰと塩化鉄六水和物との質量比が２：１となるように、塩化鉄六水和物を加え、室温で２４時間攪拌し、ポリビニルピリジン鉄錯体を得た。このポリビニルピリジン鉄錯体とケッチェンブラック（ライオン社製ＥＣ－６００ＪＤ）とを質量比１：１となるようにそれぞれ秤量し、乳鉢にて乾式混合を行い、前駆体とした。この前駆体粉末をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にて窒素雰囲気下、８００℃で２時間熱処理を行い、得られた炭化物を乳鉢にて粉砕し、正極用炭素触媒（７）を得た。得られた正極用炭素触媒（７）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極用ペースト組成物（７）を得、正極（７）を作製した。

［実施例１－８］
　グラフェンナノプレートレットｘＧｎＰ－Ｃ－７５０（ＸＧｓｃｉｅｎｃｅ社製）をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にてアンモニア窒素雰囲気下、１０００℃で２時間熱処理を行い、正極用炭素触媒（８）を得た。得られた正極用炭素触媒（８）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極用ペースト組成物（８）を得、正極（８）を作製した。

［実施例１－９］
　イオン交換水９０部と、塩化鉄（ＩＩ）四水和物０．２部と、銅フタロシアニン誘導体ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ１２０００（日本ルーブリゾール社製）３．２部とをそれぞれ秤量し、ガラス瓶内に入れ、混合し、均一な水溶液を作製した。
　上記水溶液に、グラフェンナノプレートレットｘＧｎＰ－Ｃ－７５０（ＸＧｓｃｉｅｎｃｅ社製）６．６部を加え、更にメディアとしてジルコニアビーズを添加した後、ペイントシェーカー（ミツワテック社製：スキャンデックスＳＫ４５０）を用いて分散させ、ペースト組成物を得た。
　上記ペースト組成物をロータリーエバポレータを用いて減圧留去し、得られた固形分を乳鉢で細かく粉砕し、均一な粉末を得た。この粉末をアルミナ製るつぼ内に入れ、電気炉にて窒素雰囲気下、８００℃で２時間熱処理を行い、正極用炭素触媒（９）を得た。
　得られた正極用炭素触媒（９）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極用ペースト組成物（９）を得、正極（９）を作製した。

[比較例１－１]
　カーボン担体に白金を担持させた白金触媒ＴＥＣ１０Ｅ３０Ｅ（田中貴金属社製）４．８部と、水性液状媒体として水４９．２部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース水溶液４０部（固形分２％）とをミキサーに入れて撹拌混合した。更に、得られた混合物をサンドミルに入れて分散混合した。その後、バインダーとしてエマルション型アクリル樹脂分散溶液（トーヨーケム社製：Ｗ－１６８）６部（固形分５０％）を加え、ミキサーで撹拌混合し、正極用ペースト組成物（１０）を得た。得られた正極用ペースト組成物（１０）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極（１０）を作製した。

[比較例１－２]
　活性炭（ＣＡＢＯＴ社製）４．８部と、水性液状媒体として水４９．２部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース水溶液４０部（固形分２％）とをミキサーに入れて撹拌混合した。更に、得られた混合物をサンドミルに入れて分散混合した。その後、バインダーとしてエマルション型アクリル樹脂分散溶液（トーヨーケム社製：Ｗ－１６８）６部（固形分５０％）を加え、ミキサーで撹拌混合し、正極用ペースト組成物（１１）を得た。得られた正極用ペースト組成物（１１）を用いた以外は実施例１－１と同様にして、正極（１１）を作製した。

[比較例１－３]
　導電性炭素材料（１）（ファーネスブラック、ＶＵＬＣＡＮ（登録商標）ＸＣ７２、ＣＡＢＯＴ社製）７部と、非水性液状媒体としてＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）９０部と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ、株式会社クレハ製、ＫＦポリマー＃１１００）３部とをミキサーに入れて撹拌混合し、正極用ペースト組成物（１２）を作製した。
　導電性支持体として、実施例１－１で用いたのと同じ東レ社製カーボンペーパー基材を用意した。この導電性支持体上に、ドクターブレードを用い、乾燥後の導電性炭素材料の目付け量が２ｍｇ／ｃｍ^２となるように、上記正極用ペースト組成物（１２）を塗布した後、酸素還元活性を有する酵素としてビリルビンオキシダーゼ水溶液を滴下し、自然乾燥させ、正極（１２）を作製した。

［負極（１）、（２）の作製］
　比較例１－３で作製した正極用ペースト組成物（１２）と同じペースト組成物を、負極用ペースト組成物（１）として用いた。
　導電性支持体として、比較例１－３で用いたのと同じ東レ社製カーボンペーパー基材を用意した。この導電性支持体上に、ドクターブレードを用い、乾燥後の導電性炭素材料の目付け量が２ｍｇ／ｃｍ^２となるように、負極用ペースト組成物（１）を塗布し、乾燥した。得られた負極膜に対して、メディエータとしてテトラチアフルバレンのメタノール溶液を滴下し、自然乾燥させた後、更に、酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ水溶液を滴下し、自然乾燥させて、負極（１）を作製した。
　また、グルコースオキシダーゼ水溶液を乳酸オキシダーゼ水溶液に変更した以外は負極（１）と同様の方法で、負極（２）を作製した。

［実施例１－１～１－９及び比較例１－１～１－３の評価］
（酵素発電デバイスの出力安定性）
　実施例１－１～１－９及び比較例１－１～１－３の各例において、以下のようにして酵素発電デバイスの出力安定性の評価を実施した。
　作製した正極（正極（１）～（１２）のうちのいずれか）を作用極とし、負極（１）を対極兼参照極とし、これら電極を電解液（イオン伝導体）である０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７.０）中に浸漬させ、３０分間の酸素バブリングを行った。その後、電解液に、燃料としてＤ－グルコースを濃度が０．０１Ｍとなるように添加し、更に不純物としてタンパク質であるアルブミンを少量添加した。このようにして、酵素発電デバイスを作製した。
　ポテンショ・ガルバノスタット（ＶｅｒｓａＳＴＡＴ３、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製）を用い、ｐＨ７．０、室温の条件で、Ｌｉｎｅａｒ　Ｓｗｅｅｐ　Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ（ＬＳＶ）測定を３回行った。ＬＳＶ測定から得られた還元電流曲線から得られた最大出力（ｍＷ／ｃｍ^２）の３回の測定値の標準偏差を出力安定性のデータとして求め、下記基準にて評価した。得られた結果を表１に示す。
　以降の他の評価においても、ポテンショ・ガルバノスタットとしては上記と同じ測定機器を用いた。
優良（◎）：最大出力の標準偏差（３回測定）が４μＷ／ｃｍ^２未満、
良好（〇）：最大出力の標準偏差（３回測定）が４μＷ／ｃｍ^２以上８μＷ／ｃｍ^２未満、
可（△）：最大出力の標準偏差（３回測定）が８μＷ／ｃｍ^２以上１０μＷ／ｃｍ^２未満（実用上問題なし）、
不良（×）：最大出力の標準偏差（３回測定）が１０μＷ／ｃｍ^２以上、
‐：発電が確認されず。

（酵素発電デバイスの耐久性）
　実施例１－１～１－９及び比較例１－１～１－３の各例において、以下のようにして酵素発電デバイスの耐久性の評価を実施した。
　作製した正極（正極（１）～（１２）のうちのいずれか）を作用極とし、白金コイル状電極を対極とし、銀－塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を参照極とし、これら電極を電解液（イオン伝導体）である０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７.０）中に浸漬させ、３０分間の酸素バブリングを行った。その後、燃料としてＤ－グルコースを濃度が０．０１Ｍとなるように添加し、更に不純物としてアルブミン（タンパク質）を少量添加した。このようにして、酵素発電デバイスを作製した。
　ポテンショ・ガルバノスタットを用い、ｐＨ７．０、室温の条件で、Ｃｙｃｌｉｃ　Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ（ＣＶ）測定を５０サイクル行った。
　上記ＣＶ測定の前後でＬＳＶ測定を行い、それぞれのＬＳＶ測定において、酸素還元開始電位として、電流密度が－５０μＡ／ｃｍ^２に到達した時点の電位を求めた。下記式で示される保持率を酵素発電デバイスの耐久性のデータとして求め、下記基準にて評価した。酸素還元開始電位が高いほど、酸素還元活性が高いことを示す。得られた結果を表１に示す。
保持率＝（ＣＶ測定後の酸素還元開始電位）／（ＣＶ測定前の酸素還元開始電位）×１００（％）
優良（◎）：保持率が９０％以上、
良好（〇）：保持率が５０％以上９０％未満、
可（△）：保持率が１０％以上５０％未満、
不良（×）：保持率が１０％未満。

［実施例１－１～１－９及び比較例１－１～１－３の結果のまとめ］
　実施例１－１～１－９で得られた酵素発電デバイス（酵素燃料電池）は、比較例１－１～１－３に比べ、出力安定性と耐久性が高く、高い電池性能を示した。
　比較例１－１、１－２では、燃料及び不純物として含まれる有機物が触媒表面を被毒して正極反応が阻害されたこと、又、電位に対する触媒の安定性が低いことにより、出力安定性及び耐久性が低下したと考えられる。このように、不純物の存在等により測定値がばらつきやすく、電位耐性が必要な作動環境においても、実施例１－１～１－９で作製した正極用炭素触媒を用いることで、出力安定性と耐久性が高く、高い電池性能を示す酵素発電デバイス（酵素燃料電池）が得られることが明らかとなった。
　なお、比較例１－３では、正極に触媒の代わりに酵素を用いたため、出力安定性と耐久性が著しく不良であった。

［グルコースに対するセンシング能の評価］
　実施例１－１で得られた正極（１）を作用極とし、負極（１）を対極兼参照極とし、これら電極を電解液（イオン伝導体）である０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７.０）中に浸漬させ、３０分間の酸素バブリングを行った。電解液にセンシング対象物質として、Ｄ－グルコースを添加し、ポテンショ・ガルバノスタットを用い、ｐＨ７．０、室温の条件でＬＳＶ測定を行った。センシング対象物質としてのグルコースの濃度０.００１～０．０１Ｍに対する酸化電流の応答性を調べた。その結果を図１に示す。
　図１の縦軸の「グルコース酸化活性」は、グルコース濃度が０．０１Ｍのときの酸化電流密度を１００％としたときの各条件における酸化電流密度の割合を示す。
　図１に示す結果から、グルコース濃度の変化に応じて比例的にグルコース酸化活性が変化することが分かった。本発明の正極用炭素触媒を用いた酵素発電デバイスは、グルコースのセンサー又は自己発電型センサーとして使用できることが分かった。

［水分に対するセンシング能の評価］
　実施例１－１で得られた正極（１）を作用極とし、負極（１）を対極兼参照極として用いた。セパレータとして、燃料であるＤ－グルコースを担持した／又は担持しない複数種のセパレータを用意した。イオン伝導体として、塩化ナトリウムが担持された濾紙（Ｎｏ.５Ｃ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製）を用意した。セパレータのグルコースの担持量を変える以外は同一条件で、公知方法にて、正極、セパレータ、負極の順に貼り合わせ、酵素発電デバイス（１）～（４）を作製した。
　各酵素発電デバイスにおけるセパレータのグルコースの担持量は、以下の通りとした。
酵素発電デバイス（１）：セパレータのグルコースの担持量＝０．３４ｍｇ／ｃｍ^２、
酵素発電デバイス（２）：セパレータのグルコースの担持量＝４．０ｍｇ／ｃｍ^２、
酵素発電デバイス（３）：セパレータのグルコースの担持量＝７．８ｍｇ／ｃｍ^２、
酵素発電デバイス（４）：セパレータのグルコースの担持量＝０ｍｇ／ｃｍ^２。

　以下のようにして、水分に対するセンシング能の評価を実施した。
　酵素発電デバイス（１）～（３）については、セパレータ部分に対して、スポイトを用いて超純水を滴下した。ポテンショ・ガルバノスタットを用い、室温の条件でＬＳＶ測定を行った。ＬＳＶ測定から得られた還元電流曲線から最大出力を算出した。
　酵素発電デバイス（４）については、セパレータ部分に対して、スポイトを用いて、超純水の代わりに、燃料としてＤ－グルコースを過剰量含むグルコース溶液（０．１Ｍ）を滴下した。上記と同様にＬＳＶ測定を行い、得られた最大出力に対する上記測定の最大出力の割合を指標として、水分に対するセンシング能を評価した。得られた結果を図２に示す。
　図２の縦軸の「最大出力」は、グルコース溶液の濃度が０．１Ｍのときの最大出力を１００％としたときの各条件における最大出力の割合を示す。

　図２に示す結果から、予め酵素発電デバイスに燃料であるグルコースを内蔵させることで、水分の有無によって発電の有無が変化することが分かった。本発明の正極用触媒を用いた酵素発電デバイスは、水分センサーとして使用できることが明らかとなった。
　また、グルコースの担持量によって、出力に変化が見られた。セパレータに対するグルコースの担持量が４ｍｇ／ｃｍ^２以上であれば、基準として用いた０．１Ｍのグルコース溶液を使用したときの最大出力と同等の出力が得られた。セパレータに対するグルコースの担持量が４ｍｇ／ｃｍ^２以上あれば、電解液中に溶け出したグルコースによって超純水中のグルコース濃度が０．１Ｍ以上（過剰量）となり、同等の最大出力を示したと考えられる。
　ここでは、水分に対するセンシング能の評価の一例を示した。センサーが実際に使用される系によって、酵素反応に対して過剰となるグルコース濃度の上限値は異なる。そのため、セパレータに対する燃料である有機物の担持量は、実際の使用条件に合わせて、適宜選択される。

［紙基材を用いた酵素発電デバイスの作製］
　導電性炭素材料（２）（球状黒鉛ＣＧＢ－５０、日本黒鉛社製）２５．２部と、導電性炭素材料（３）（ケッチェンブラックＥＣ－３００Ｊ、ライオン社製）６．３部と、水性液状媒体として水４０．８部と、増粘剤としてカルボキシルメチルセルロース水溶液２２．５部（固形分２％）とをミキサーに入れて撹拌混合した。更に、得られた混合物をサンドミルに入れて分散混合した。その後、バインダーとしてエマルション型アクリル樹脂分散溶液（トーヨーケム社製：Ｗ－１６８）５．２部（固形分５０％）を加え、ミキサーで撹拌混合し、導電ペースト組成物（１）を得た。

　濾紙基材（Ｎｏ.５Ｃ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製）上に、ドクターブレードを用い、乾燥後の導電性炭素材料の目付け量が１ｍｇ／ｃｍ^２となるように、上記で得られた導電ペースト組成物（１）を塗布した後、大気雰囲気中９５℃で６０分間加熱乾燥した。このようにして、濾紙基材上に導電性カーボン層が形成された導電性支持体を得た。この導電性支持体は、負極と正極用に２枚用意した。
　一方の導電性支持体の導電性カーボン層に対して、メディエータとしてテトラチアフルバレンのメタノール溶液を滴下し、自然乾燥させた後、更に、酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ水溶液を滴下し、自然乾燥させて、濾紙を基材とする負極を作製した。
　他方の導電性支持体の導電性カーボン層上に、ドクターブレードを用いて、乾燥後の正極用炭素触媒の目付け量が２ｍｇ／ｃｍ^２となるように、正極用ペースト組成物（１）を塗布した後、大気雰囲気中９５℃で６０分間加熱乾燥し、濾紙を基材とする正極を作製した。

　セパレータとして、燃料としてＤ－グルコースと、イオン伝導体として塩化ナトリウムが担持された濾紙を用意した。
　濾紙を基材とした上記正極、上記セパレータ、濾紙を基材とした上記負極の順に貼りあわせ、酵素発電デバイス（５）を作製した。

［無線通信回路の構築］
　酵素発電デバイス（５）、昇圧コンバータ（ＬＴＣ３１０８、ストロベリー・リナックス社製）、及び無線機（送信モジュールＩＭ３１５ＴＸ、受信モジュールＩＭ３１５ＲＸ、インタープラン社製）を組み合わせ、図３に示すブロック図のように無線通信回路を構築した。
　上記回路を構築した後、酵素発電デバイス（５）のセパレータ部分にスポイトを用いて超純水を滴下すると、受信モジュールにおいて信号の受信が確認された。このことは、水の滴下によって酵素発電デバイスで発電が起こり、その時の電力により送信モジュールが起動し、受信モジュールに信号が送られたことを示している。すなわち、本発明の正極用炭素触媒を用いた酵素発電デバイスは、電源を必要としないワイヤレス水分センサーシステム用として使用できることが分かった。
　酵素発電デバイス（５）は、正極に高価な貴金属及び酵素を使用せず、基材に紙を使用しているため、低コストで、使い捨て可能（易廃棄又はリサイクル不要）なデバイスである。酵素発電デバイス（５）は例えば、排尿センサーとして紙おむつに内蔵することで、使い捨て可能なワイヤレス排尿センサーとしての利用が可能である。

［乳酸に対するセンシング能の評価］
　正極（１）を作用極とし、負極（２）を対極兼参照極とし、これら電極を電解液（イオン伝導体）である０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７.０）中に浸漬させ、３０分間の酸素バブリングを行った。電解液にセンシング対象物質として、乳酸を添加し、ポテンショ・ガルバノスタットを用い、ｐＨ７．０、室温の条件でＬＳＶ測定を行った。センシング対象物質としての乳酸の濃度０.０１～０．１Ｍに対する、０．１Ｖにおける出力密度を調べた。その結果を図４に示す。
　図４の縦軸の「乳酸酸化活性」は、乳酸濃度が０．１Ｍのときの出力密度（電圧条件：０．１Ｖ）を１００％としたときの各条件における０．１Ｖにおける出力密度（電圧条件：０．１Ｖ）の割合を示す。
　図４に示す結果から、乳酸濃度の変化に応じて比例的に乳酸酸化活性が変化することが分かった。本発明の正極用炭素触媒を用いた酵素発電デバイスは、乳酸のセンサー又は自己発電型センサーとして使用できることが分かった。

［水性樹脂微粒子分散体の調製］
（合成例２－１）
　攪拌器、温度計、滴下ロート、及び還流器を備えた反応容器内に、イオン交換水４０部と界面活性剤としてアデカリアソープＳＲ－１０（株式会社ＡＤＥＫＡ製）０．２部とを仕込んだ。
　別途、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）４９部、ブチルアクリレート（ＢＡ）５０部、アクリル酸（ＡＡ）０．５部、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＭＡＰＴＭＳ）０．５部、イオン交換水５３部、及び界面活性剤としてアデカリアソープＳＲ－１０（株式会社ＡＤＥＫＡ製）１．８部を混合してプレエマルションを得た。このプレエマルションの１％を添加した。
　反応液を７０℃に昇温し、反応容器内を充分に窒素置換した後、５％過硫酸カリウム水溶液１０部の１０％を添加し、重合を開始した。反応液を７０℃で５分間保持した後、反応液の温度を７０℃に保ちながらプレエマルジョンの残りと５％過硫酸カリウム水溶液の残りを３時間かけて滴下し、更に２時間攪拌を継続した。
　固形分測定により転化率が９８％超えたことを確認した後、反応液を３０℃まで冷却した。２５％アンモニア水を添加してｐＨを８．５とし、更にイオン交換水を用いて固形分を４０％に調整して、水性樹脂微粒子分散体を得た。なお、固形分量は、１５０℃２０分の加熱乾燥後の残分により求めた（他の合成例においても同様）。配合組成を表２－１に示す。

［化合物（Ｅ）の製造（エポキシ基含有化合物の製造）］
（製造例２－１）
　攪拌器、温度計、滴下ロート、及び還流器を備えた反応容器内に、イソプロピルアルコール２０部と水２０部とを仕込んだ。
　別途、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）４０部、メチルアクリレート（ＭＡ）４０部、及びグリシジルメタクリレート（Ｇｌｙｃｉｄｙｌ　Ｍ）２０部を、第１の滴下槽内に仕込んだ。また、過硫酸カリウム２部をイソプロピルアルコール３０部及び水３０部に溶解させた液を、第２の滴下槽内に仕込んだ。
　反応容器内の液を８０℃に昇温し、反応容器内を充分に窒素置換した後、第１、第２の滴下槽内の液を２時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、反応液の温度を８０℃に保ったまま１時間攪拌を続けた。固形分測定により転化率が９８％超えたことを確認した後、反応液を３０℃まで冷却した。このようにして、固形分４０％のエポキシ基含有化合物（Ｅ２－１）（メチルメタクリレート（ＭＭＡ）／メチルアクリレート（ＭＡ）／グリシジルメタクリレート（Ｇｌｙｃｉｄｙｌ　Ｍ）共重合体）溶液を得た。

［化合物（Ｅ）の製造（アミド基含有化合物の製造）］
（製造例２－２）
　攪拌器、温度計、滴下ロート、及び還流器を備えた反応容器内に、水９０部を仕込んだ。
　別途、アクリルアミド（Ａ－ＡＭＤ）２０部を、第１の滴下槽内に仕込んだ。また、過硫酸カリウム２部を水９０部に溶解させた液を、第２の滴下槽内に仕込んだ。反応容器内の液を８０℃に昇温し、反応容器内を充分に窒素置換した後、第１、第２の滴下槽内の液を２時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、反応液の温度を８０℃に保ったまま１時間攪拌を続けた。固形分測定により転化率が９８％超えたことを確認した後、反応液を３０℃まで冷却した。このようにして、固形分４０％のアミド基含有化合物（Ｅ２－２）（ポリアクリルアミド）溶液を得た。

（製造例２－３）
　攪拌器、温度計、滴下ロート、及び還流器を備えた反応容器内に、水４０部を仕込んだ。
　別途、２－エチルヘキシルアクリレート（ＥＨＡ）４０部、スチレン（Ｓｔ）４０部、及びジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ）２０部を、第１の滴下槽内に仕込んだ。また、過硫酸カリウム２部を水６０部に溶解させた液を、第２の滴下槽内に仕込んだ。
　反応容器内の液を８０℃に昇温し、反応容器内を充分に窒素置換した後、第１、第２の滴下槽内の液を２時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、反応液の温度を８０℃に保ったまま１時間攪拌を続けた。固形分測定により転化率が９８％超えたことを確認した後、反応液を３０℃まで冷却した。このようにして、固形分４０％のアミド基含有化合物（Ｅ２－３）（２－エチルヘキシルアクリレート（ＥＨＡ）／スチレン（Ｓｔ）／ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ）共重合体）溶液を得た。

［化合物（Ｅ）の製造（水酸基含有化合物の製造）］
（製造例２－４）
　攪拌器、温度計、滴下ロート、及び還流器を備えた反応容器内に、イソプロピルアルコール２０部、及び水２０部を仕込んだ。
　別途、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）４０部、ブチルアクリレート（ＢＡ）４０部、及び２－ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）２０部を、第１の滴下槽内に仕込んだ。また、過硫酸カリウム２部をイソプロピルアルコール３０部及び水３０部に溶解させた液を、第２の滴下槽内に仕込んだ。
　反応容器内の液を８０℃に昇温し、反応容器内を充分に窒素置換した後、第１、第２の滴下槽内の液を２時間かけて滴下し、重合した。滴下終了後、反応液の温度を８０℃に保ったまま１時間攪拌を続けた。固形分測定により転化率が９８％超えたことを確認した後、反応液を３０℃まで冷却した。このようにして、固形分４０％の水酸基含有化合物（Ｅ２－４）（メチルメタクリレート（ＭＭＡ）／ブチルアクリレート（ＢＡ）／２－ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）共重合体）溶液を得た。

（合成例２－２～２－１６）
　合成例２－２～２－６の各例において、表２－１に示す配合組成で、合成例２－１と同様の方法で合成を行い、水性樹脂微粒子分散体を得た。
　また、合成例２－２～２－６において得られた水性樹脂微粒子分散体の固形分１００質量部に対して、表２－２に示す配合組成で化合物（Ｅ）を添加して、合成例２－７～２－１２の水性樹脂微粒子分散体を得た。
　更に、合成例２－１３～２－１６の各例において、表２－３に示す配合組成で、合成例２－１と同様の方法で、合成を行い、水性樹脂微粒子分散体を得た。但し、合成例２－１５、２－１６では、乳化重合時に樹脂が凝集し、目的の樹脂微粒子を得ることができなかった。

　表中の各略号は、以下の通りである。
ＭＡＰＴＭＳ：３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、
ＡＭＡ：アリルメタクリレート、
Ｇｌｙｃｉｄｙｌ　Ｍ：グリシジルメタクリレート、
Ａ－ＡＭＤ：アクリルアミド、
ＮＭ－ＡＭＤ：Ｎ－メチロールアクリルアミド、
ＨＥＭＡ：ヒドロキシエチルメタクリレート、
ＥＨＡ：２－エチルヘキシルアクリレート、
Ｓｔ：スチレン、
ＣＨＭＡ：シクロヘキシルメタクリレート、
ＡＡ：アクリル酸、
ＳＳ：スチレンスルホン酸、
ＭＭＡ：メチルメタクリレート、
ＳＲ－１０：株式会社ＡＤＥＫＡ製、アデカリアソープＳＲ－１０、
ＥＲ－２０：株式会社ＡＤＥＫＡ製、アデカリアソープＥＲ－２０
Ｅ１：エポキシ樹脂、株式会社ＡＤＥＫＡ製、アデカレジンＥＭ－１－６０Ｌ。

［実施例２－１］
　導電材としてＨＳ－１００（デンカ社製）４．８部、水性液状媒体として水４８．２部、分散剤としてポリビニルピロリドン水溶液２部（固形分２０％）、及びカルボキシメチルセルロース水溶液４０部（固形分２％）をミキサーに入れて撹拌混合した。更に得られた混合物をサンドミルに入れて分散混合した。その後、合成例２－１で得られた水性樹脂微粒子分散体（固形分４０％）５部を加え、ディスパーで混合し、適宜、水を加えて粘度を調整して、負極用ペースト組成物を得た。
　導電性支持体として、炭素繊維からなる東レ社製カーボンペーパー基材を用意した。この導電性支持体上に、上記負極用ペースト組成物を、乾燥後の目付け量が２ｍｇ／ｃｍ^２となるように塗布し、乾燥した。得られた負極膜に対して、メディエータとしてテトラチアフルバレンのメタノール溶液を滴下し、自然乾燥させた後、更に、酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ水溶液を滴下し、自然乾燥させて、負極を得た。

［実施例２－２～２－２３、比較例２－１～２－５］
　実施例２－２～２－２３及び比較例２－１～２－５の各例において、表２－４又は表２－５に示す導電材、酸化還元酵素、水性樹脂微粒子又は樹脂、及び（水性）液状媒体を用いて、実施例２－１と同様の方法で、負極用ペースト組成物及び負極を作製した。

［実施例２－２４］
　導電材としてＨＳ－１００（デンカ社製）４．８部、水性液状媒体として水４８．２部、分散剤としてポリビニルピロリドン水溶液（固形分２０％）２部、及びカルボキシメチルセルロース水溶液（固形分２％）４０部をミキサーに入れて撹拌混合した。更に得られた混合物をサンドミルに入れて分散混合した。その後、合成例２－２で得られた水性樹脂微粒子分散体（固形分４０％）５部と、メディエータとしてテトラチアフルバレン０．５部、酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ０．５部を加え、ディスパーで混合し、適宜、水を加えて粘度を調整して、負極用ペースト組成物を得た。配合組成を表２－６に示す。
　実施例２－１で用いたのと同じカーボンペーパー基材上に、上記負極用ペースト組成物を乾燥後の目付け量が２ｍｇ／ｃｍ^２となるように塗布し、乾燥させて、負極を得た。

［実施例２－２５～２－３３、比較例２－６～２－７］
　実施例２－２５～２－３３、比較例２－６～２－７の各例において、表２－６又は表２－７に示す導電材、水性樹脂微粒子又は樹脂、及び（水性）液状媒体を用いて、実施例２－２４と同様の方法で、負極用ペースト組成物及び負極を作製した。

［実施例２－１～２－３３、比較例２－１～２－７の評価］
（負極膜の密着性の評価）
　実施例２－１～２－３３、比較例２－１～２－７の各例で得られた負極について、以下のようにして、負極膜の導電性支持体に対する密着性の評価を行った。
　ナイフを用いて、負極膜の表面から導電性支持体の表面に達する深さで、２ｍｍ間隔で縦横それぞれ６本、碁盤目状に切り込みを入れた。この碁盤目状の切り込みに対して粘着テープを貼り付けて直ちに引き剥がし、負極膜の脱落の程度を目視判定した。評価基準を下記に示す。結果を表２－４～２－７に示す。
良好（○）：剥離は全く／又はほとんどなし、
やや良好（○△）：８割程度剥離、
可（△）：半分程度剥離、
不良（×）：ほぼ全体的に剥離。

（正極の作製）
　導電性炭素材料（ファーネスブラック、ＶＵＬＣＡＮ（登録商標）ＸＣ７２、ＣＡＢＯＴ社製）７部と、非水性液状媒体としてＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）９０部と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ、株式会社クレハ製、ＫＦポリマー＃１１００）３部とをミキサーに入れて撹拌混合し、正極用ペースト組成物を作製した。
　導電性支持体として、炭素繊維からなる東レ社製カーボンペーパー基材を用意した。この導電性支持体上に、ドクターブレードを用い、乾燥後の目付け量が３ｍｇ／ｃｍ^２となるように、上記正極用ペースト組成物を塗布し、乾燥させた後、酸素還元酵素としてビリルビンオキシダーゼ水溶液を滴下し、自然乾燥させ、正極を得た。

（酵素発電デバイスの作製）
　上記で作製した正極を作用極とし、実施例２－１～２－３３、比較例２－１～２－７の各例で得られた負極を対極兼参照極とし、これら電極を０．０１ＭのＤ－グルコースを含む０．１Ｍりん酸緩衝液（ｐＨ７.０）からなる電解液中に浸漬させ、酵素発電デバイスを作製した。

（酵素発電デバイスの出力性能の評価）
　実施例２－１～２－３３、比較例２－１～２－７の各例で得られた酵素発電デバイスについて、出力性能の評価を行った。ポテンショ・ガルバノスタットを用い、ｐＨ７．０、室温の条件で、ＬＳＶ測定を行い、得られた電流曲線から最大出力（ｍＷ／ｃｍ^２）を算出した。
　実施例２－１～２－２１、比較例２－２～２－３では、比較例２－１の最大出力に対する最大出力の百分率（％）を求め、結果を比較した。
　実施例２－２２～２－２３、比較例２－５では、比較例２－４の最大出力に対する最大出力の百分率（％）を求め、結果を比較した。
　実施例２－２４～２－３１では、比較例２－６の最大出力に対する最大出力の百分率（％）を求め、結果を比較した。
　実施例２－３２～２－３３では、比較例２－７の最大出力に対する最大出力の百分率（％）を求め、結果を比較した。

［実施例２－１～２－３３、比較例２－１～２－７の結果のまとめ］
　実施例２－１～２－１４及び実施例２－１９～２－２１は、比較例２－１及び比較例２－３と比較して、同等以上の負極の密着性と酵素発電デバイスの出力性能を示した。
　同様に、実施例２－２４～２－２６及び実施例２－３０～２－３１は、比較例２－６と比較して、同等以上の負極の密着性と酵素発電デバイスの出力性能を示した。
　同様に、実施例２－２２～２－２３及び実施例２－３２、２－３３は、比較例２－４及び２－７と比較して、同等以上の負極の密着性と酵素発電デバイスの出力性能を示した。
　中でも、負極のバインダーとして水性樹脂微粒子である（メタ）アクリル系乳化重合物を用いた実施例は、負極の密着性にも酵素発電デバイスの出力性能にも優れていた。
　実施例２－１５～２－１８及び実施例２－２７～２－２９は、負極の導電材として比表面積の大きいケッチェンブラックを用いたことで、より高い出力性能を示した。

　比較例２－２の様に、負極の導電材としてケッチェンブラックを用いると負極の密着性に劣る傾向があるが、負極のバインダーとして水性樹脂微粒子を用いることで出力性能が向上し密着性も改善できることが分かった。
　負極のバインダーとして水性樹脂微粒子を用いることで充分な密着性が確保できるため、負極における総樹脂量を低減できる。そのため、更なる出力性能の向上とコスト低減が可能である。

［酵素発電デバイスを用いたセンシング］
　実施例２－４で得られた酵素発電デバイスについて、電解液中のＤ－グルコースの濃度を０．０１Ｍ、０．０５Ｍ、及び０．１Ｍの３条件で変え、ポテンショ・ガルバノスタットを用いて、ｐＨ７．０、室温の条件でＬＳＶ測定を行い、０．１Ｖにおける出力密度を確認した。図１で示したデータと同様に、グルコース濃度と出力密度との間に相関が見られた。
　実施例２－２３で得られた酵素発電デバイスについて、Ｄ－グルコースの代わりに乳酸を用い、電解液中の乳酸の濃度を０．０１Ｍ、０．０５Ｍ、及び０．１Ｍの３条件で変え、ポテンショ・ガルバノスタットを用いて、ｐＨ７．０、室温の条件でＬＳＶ測定を行い、０．１Ｖにおける出力密度を確認した。グルコースを用いた場合と同様に、乳酸濃度と出力密度との間に相関が見られた。
　センシング対象物質の濃度による出力変化が得られたため、本発明の酵素発電デバイスはセンサーとして使用できることが分かった。

［実施例３－１～３－７］
（負極用ペースト組成物と負極の作製）
　実施例３－１～３－７の各例において、表３－１又は表３－２に示す導電材、酸化還元酵素、水性樹脂微粒子、及び水性液状媒体を用いて、実施例２－１と同様の方法で、負極用ペースト組成物及び負極を作製した。
（正極の作製）
　実施例１－１と同様の方法で、正極を得た。
（酵素発電デバイスの作製）
　上記で作製した正極を作用極とし、実施例３－１～３－７の各例で得られた負極を対極兼参照極とし、これら電極を０．０１ＭのＤ－グルコースを含む０．１Ｍりん酸緩衝液（ｐＨ７.０）からなる電解液中に浸漬させ、酵素発電デバイスを作製した。

［実施例３－１～３－７の評価］
（酵素発電デバイスの出力性能の評価）
　実施例３－１～３－７の各例で得られた酵素発電デバイスについて、出力性能の評価を行った。ポテンショ・ガルバノスタットを用い、ｐＨ７．０、室温の条件で、ＬＳＶ測定を行い、得られた電流曲線から最大出力（ｍＷ／ｃｍ^２）を算出した。
　実施例３－１～３－４では、実施例３－１の最大出力に対する最大出力の百分率（％）を求めた。
　実施例３－５～３－７では、実施例３－５の最大出力に対する最大出力の百分率（％）を求めた。

［実施例３－１～３－７の結果のまとめ］
　炭素触媒を含む正極を用いた実施例３－１～３－４では、負極に水性樹脂微粒子を用いた実施例３－２～３－４が、より高い出力性能を示した。
　同様に、炭素触媒を含む正極を用いた実施例３－５～３－７では、負極に水性樹脂微粒子を用いた実施例３－６～３－７が、より高い出力性能を示した。

［酵素発電デバイスを用いたセンシング］
　実施例３－３で得られた酵素発電デバイスについて、電解液中のＤ－グルコースの濃度を０．０１Ｍ、０．０５Ｍ、及び０．１Ｍの３条件で変え、ポテンショ・ガルバノスタットを用いて、ｐＨ７．０、室温の条件でＬＳＶ測定を行い、０．１Ｖにおける出力密度を確認した。グルコース濃度と出力密度との間に相関が見られた。
　実施例３－７で得られた酵素発電デバイスについて、Ｄ－グルコースの代わりに乳酸を用い、電解液中の乳酸の濃度を０．０１Ｍ、０．０５Ｍ、及び０．１Ｍの３条件で変え、ポテンショ・ガルバノスタットを用いて、ｐＨ７．０、室温の条件でＬＳＶ測定を行い、０．１Ｖにおける出力密度を確認した。グルコースを用いた場合と同様に、乳酸濃度と出力密度との間に相関が見られた。
　センシング対象物質の濃度による出力変化が得られたため、本発明の酵素発電デバイスはセンサーとして使用できることが分かった。

　この出願は、２０１８年７月９日に出願された日本出願特願２０１８－１２９５７８号及び２０１９年５月１７日に出願された日本出願特願２０１９－９３６４２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

　正極と、酸化還元酵素を含む負極とを含む酵素発電デバイスの前記正極用であり、
　炭素六角網面を基本骨格とする炭素材料からなり、構成元素として１種以上のヘテロ元素を含み、当該ヘテロ元素が炭素骨格内の炭素元素の少なくとも一部を置換するようにドープされた構造を有し、酸素還元活性を有する、酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　前記ヘテロ元素として窒素元素を含む、請求項１に記載の酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　Ｘ線光電子分光分析により得られるワイドスペクトルから求められる、触媒表面の全原子に対する窒素原子のモル比をＮ［－］とし、
　Ｘ線光電子分光分析により得られるＮ１ｓスペクトルのピーク分離から求められる、触媒表面の全窒素原子量に対する、Ｎ１型窒素原子量の割合［％］とＮ２型窒素原子量の割合［％］をそれぞれ、Ｎ_１、Ｎ_２としたとき、
　式：Ｎ×（Ｎ_１＋Ｎ_２）で求められる表面末端窒素原子の割合が０．５～２５％である、請求項２に記載の酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　更に、構成元素として１種以上の卑金属元素を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　前記卑金属元素として、Ｃｏ及びＦｅからなる群より選択される１種以上の元素を含む、請求項４に記載の酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　全構成原子に対する、炭素原子のモル比及び窒素原子のモル比をそれぞれ、Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｎとしたとき、Ｒ_Ｃに対するＲ_Ｎの割合が１～４０％である、請求項２又は３に記載の酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　全構成原子に対する、炭素原子のモル比、窒素原子のモル比、及び卑金属原子のモル比をそれぞれ、Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｎ、Ｒ_Ｍとしたとき、Ｒ_Ｃに対するＲ_Ｎの割合が１～４０％であり、Ｒ_Ｃに対するＲ_Ｍの割合が０．０１～２０％である、請求項４又は５に記載の酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　Ｘ線としてＣｕＫα線を用いて得られるＸ線回折パターンが、回折角２θが２４．０～２７．０°の範囲内にピークを有し、該ピークの半値幅が１０°以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載の酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　粉体の形態での体積抵抗率が１×１０^－１Ω・ｃｍ以下である、請求項１～８のいずれか１項に記載の酵素発電デバイス正極用炭素触媒。
　正極と、酸化還元酵素を含む負極とを含む酵素発電デバイスであって、
　前記正極は、炭素六角網面を基本骨格とする炭素材料からなり、構成元素として１種以上のヘテロ元素を含み、当該ヘテロ元素が炭素骨格内の炭素元素の少なくとも一部を置換するようにドープされた構造を有し、酸素還元活性を有する炭素触媒を含む、酵素発電デバイス。
　前記負極は更に、導電材と水性樹脂微粒子とを含む、請求項１０に記載の酵素発電デバイス。
　前記水性樹脂微粒子が、アクリル系樹脂微粒子及びメタクリル系樹脂微粒子からなる群より選択される１種以上の微粒子を含む、請求項１１に記載の酵素発電デバイス。
　前記水性樹脂微粒子が架橋型樹脂微粒子を含む、請求項１１又は１２に記載の酵素発電デバイス。
　前記導電材が炭素材料を含む、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の酵素発電デバイス。
　前記負極は更に水溶性分散剤を含む、請求項１１～１４のいずれか１項に記載の酵素発電デバイス。
　燃料として、グルコース、フルクトース、及び乳酸からなる群より選択される１種以上の有機物を用いる酵素燃料電池、又は、センシング対象物質が、グルコース、フルクトース、及び乳酸からなる群より選択される１種以上の有機物である有機物センサーである、請求項１０～１５のいずれか１項に記載の酵素発電デバイス。