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酵素電極の製造方法及び酵素電極

国内特許コード	P180015001
整理番号	(S2015-0547-N0)
掲載日	2018年5月23日
出願番号	特願2016-574667
出願日	平成28年2月9日(2016.2.9)
国際出願番号	JP2016000677
国際公開番号	WO2016129273
国際出願日	平成28年2月9日(2016.2.9)
国際公開日	平成28年8月18日(2016.8.18)
優先権データ	特願2015-023437 (2015.2.9) JP
発明者	西澤松彦小川雄大
出願人	国立大学法人東北大学
発明の名称	酵素電極の製造方法及び酵素電極
発明の概要	炭素材料を、酸化還元酵素が存在する条件下で、基材に付与することによって、炭素材料及び酸化還元酵素を含む酵素電極を得ることを特徴とする、酵素電極の製造方法、並びに、炭素材料と、酸化還元酵素と、炭素材料どうしを結合する結合分子Ａ、及び炭素材料と酸化還元酵素とを結合する結合分子Ｂからなる群から選択される少なくとも１つの結合分子と、を含むことを特徴とする、酵素電極。
従来技術、競合技術の概要	バイオセンサやバイオ電池の電気化学性能を決定するコア部品として、酵素を電極素材に固定化した電極（酵素電極）が知られている。バイオセンサは、既に、医療、食品、環境分野における計測に必須のツールとして用いられており、また、バイオ電池（バイオ燃料電池）は、同分野において、生体、環境に優しく、極めて安全な電源として今後の早急な実用化が期待されている。酵素電極の酵素には、通常、電子の授受を伴う酸化還元反応を触媒する酵素が用いられる。これらの酵素は、バイオセンサにおけるセンシング対象やバイオ電池における燃料である有機物分子を酸化還元して、上記装置に電流を発生させることによって、有機物分子の存在及び／又はその量から電気的な情報やエネルギーを得るトランスデューサーとして機能する。一方、酵素電極の電極素材には、近年、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を代表とするナノカーボンや、微粒子状炭素等の微細な炭素材料が用いられている（特許文献１、２、非特許文献１参照）。
産業上の利用分野	本発明は、酵素電極の製造方法及び酵素電極に関する。
特許請求の範囲	【請求項1】炭素材料を、酸化還元酵素が存在する条件下で、基材に付与することによって、炭素材料及び酸化還元酵素を含む酵素電極を得ることを特徴とする、酵素電極の製造方法。【請求項2】前記酵素電極を成形する、電極成形工程を含む、請求項１に記載の酵素電極の製造方法。【請求項3】前記電極成形工程において、印刷技術を用いる、請求項２に記載の酵素電極の製造方法。【請求項4】前記炭素材料と前記酸化還元酵素とを含む懸濁液を調整する、懸濁液調整工程と、前記懸濁液を前記基材に塗布する、懸濁液塗布工程とを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の酵素電極の製造方法。【請求項5】前記酸化還元酵素に加えて、前記炭素材料どうしを結合する結合分子Ａ、及び前記炭素材料と前記酸化還元酵素とを結合する結合分子Ｂからなる群から選択される少なくとも１つの結合分子が更に存在する条件とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の酵素電極の製造方法。【請求項6】前記結合分子は、前記結合分子Ａである、請求項５に記載の酵素電極の製造方法。【請求項7】前記結合分子は、前記結合分子Ａ及び前記結合分子Ｂである、請求項５に記載の酵素電極の製造方法。【請求項8】前記結合分子Ａは、芳香族基を有する小分子又は高分子、フッ素置換された炭化水素からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項５～７のいずれか一項に記載の酵素電極の製造方法。【請求項9】前記結合分子Ａは、ポリビニルイミダゾール（ＰＶＩ）、ポリ（４－スチレンスルホン酸ナトリウム）、ナフィオン（登録商標）からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項８に記載の酵素電極の製造方法。【請求項10】前記結合分子Ｂは、芳香族基を有しつつ、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル基、アルデヒド基、エポキシ基、マレイミド基、カルボジイミド基、ヒドラジド基からなる群から選択される少なくとも１つを有する小分子又は高分子である、請求項５又は７に記載の酵素電極の製造方法。【請求項11】前記結合分子Ｂは、１－ピレン酪酸Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル（ＰＢＳＥ）、Ｎ－ベンゾイルオキシスクシンイミドからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１０に記載の酵素電極の製造方法。【請求項12】前記酸化還元酵素に加えて、トレハロースが更に存在する条件とし、前記酵素電極を凍結乾燥させる、凍結乾燥工程を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の酵素電極の製造方法。【請求項13】前記炭素材料と、前記酸化還元酵素と、前記炭素材料どうしを結合する結合分子Ａ、及び前記炭素材料と前記酸化還元酵素とを結合する結合分子Ｂからなる群から選択される少なくとも１つの結合分子と、を含むことを特徴とする、酵素電極。【請求項14】前記結合分子は、前記結合分子Ａである、請求項１３に記載の酵素電極。【請求項15】前記結合分子は、前記結合分子Ａ及び前記結合分子Ｂである、請求項１３に記載の酵素電極。【請求項16】前記結合分子Ａは、芳香族基を有する小分子又は高分子、フッ素置換された炭化水素からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１３～１６のいずれか一項に記載の酵素電極。【請求項17】前記結合分子Ａは、ポリビニルイミダゾール（ＰＶＩ）、ポリ（４－スチレンスルホン酸ナトリウム）、ナフィオン（登録商標）からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１６に記載の酵素電極。【請求項18】前記結合分子Ｂは、芳香族基を有しつつ、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル基、アルデヒド基、エポキシ基、マレイミド基、カルボジイミド基、ヒドラジド基からなる群から選択される少なくとも１つを有する小分子又は高分子である、請求項１３又は１５に記載の酵素電極。【請求項19】前記結合分子Ｂは、１－ピレン酪酸Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル（ＰＢＳＥ）、Ｎ－ベンゾイルオキシスクシンイミドからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１８に記載の酵素電極。【請求項20】トレハロースを更に含む、請求項１３～１９のいずれか一項に記載の酵素電極。【請求項21】凍結乾燥されている請求項２０に記載の酵素電極。
国際特許分類(IPC)	H01M 8/16 生化学燃料電池，すなわち微生物が触媒として作用する電池 H01M 4/88 製造方法 H01M 4/96 炭素を主とする電極 H01M 4/90 触媒の選択
Fターム	5H018AA07 液体（メタノール，ヒドラジン）燃料電池 5H018BB01 熱処理（加熱，冷却，焼結，焼成） 5H018BB06 乾燥，ふきとり 5H018BB08 塗布，塗着，吹き付け，スプレー 5H018BB12 混合，混練，ペースト化，攪拌 5H018EE05 炭素，カーボン 5H018EE16 有機化合物 5H018EE17 樹脂，プラスチック，ポリマー，重合体 5H018EE18 フッ素を含むもの
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