(57)【要約】【課題】デバイスへ外部から液体を供給する際に、液体の供給を効果的に行うことで、安定して発電できる酵素発電デバイスを提供すること。【解決手段】  吸水性のセパレーターを挟んで、アノードとカソードとが対向して配置された酵素発電デバイスであって、下記の条件（１）〜（３）のすべてを満たす酵素発電デバイスによって、上記課題は解決される。（１）前記アノードが酸化酵素を含有する、および／または前記カソードが還元酵素を含有する。（２）前記セパレーターが前記アノードまたは前記カソードの少なくとも一方より面積が大きい。（３）アノードまたはカソードの一方が、もう一方に対して面積が大きい。【選択図】図１
2020009647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水性のセパレーターを挟んで、アノードとカソードとが対向して配置された酵素発電デバイスであって、下記の条件（１）〜（３）のすべてを満たす酵素発電デバイス。
（１）前記アノードが酸化酵素を含有する、および／または前記カソードが還元酵素を含有する。
（２）前記セパレーターが前記アノードまたは前記カソードの少なくとも一方より面積が大きい。
（３）アノードまたはカソードの一方が、もう一方に対して面積が大きい。
【請求項２】
アノードまたはカソードの一方が、もう一方に対して面積が２倍以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の酵素発電デバイス。
【請求項３】
アノードおよびカソードが、  非導電性基材上に導電性の炭素材料（Ａ）とバインダー樹脂（Ｂ）とを含む導電層を設けた導電性基材を有し、
かつ、アノードが酸化触媒を有し、カソードが還元触媒を有することを特徴とする請求項１または２に記載の酵素発電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酵素発電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、酵素を電極触媒として利用し、糖類、アルコール及びその他のバイオマス資源を燃料として発電する酵素発電デバイスの研究及び開発がなされている。酵素発電デバイスは一般に、燃料を含む溶液中に浸漬された電極を備え、電極のうちアノードには燃料の酸化を促進する酵素が含まれており、アノードにおける燃料の酸化（例えば、グルコースからグルコノラクトンへの変化）によって取り出されたｅ−（電子）およびＨ＋等のプロトンがカソード側に移動し、酸素が還元されて水（Ｈ２Ｏ）が生じる。以上の過程で生じる電子の移動が発電に利用される。
さらに、酵素発電デバイスの原理を用いて、対象物を検知しつつ、同時に発電が起こる自己発電型センサーとしても使用が可能である。
【０００３】
酵素反応を利用した酵素発電デバイスは、電池の構造をシンプルにでき、室温での作動が可能で、環境及び生体への親和性が高いなどの酵素燃料電池の特長が挙げられる、また、自己発電型センサーは電源とセンサーを兼ねていることから、小型・軽量化、低コスト化が可能となることに加え、酵素による高い基質選択性などに由来する高いセンシング精度を得ることができる。
【０００４】
上記から、酵素発電デバイスは、ウエアラブルデバイスや使い捨てデバイス等の従来の電池には適さない分野における電源やセンサーデバイスとしての検討がなされている。
例えば、非特許文献１には、グルコースの酸化を促進する酵素を含む電極材料を紙に印刷して作製した電極を備え、外部からグルコースを含む液体が紙に吸収されてアノードに達するとグルコースの酸化が生じて発電が起こる発電デバイスが記載されている。しかし、液体を紙に吸収させて吸い上げる方式は、液を吸い上げるまでに時間を要すほか、十分量の液体を吸い上げられない場合があり、課題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１６／０６２４１９号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｉ．Ｓｈｉｔａｎｄａ  ｅｔ  ａｌ，  Ｃｈｅｍ，  Ｃｏｍｍ，２０１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、特許文献１や非特許文献１に記載される発電デバイスは、使い捨てデバイス等としての使用に適しているが、外部から液体を供給する際に、液体を効果的に発電デバイスへ供給することである。（例えば、おむつ用途など）
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、吸水性のセパレーターを挟んで、アノードとカソードとが対向して配置された酵素発電デバイスであって、下記の条件（１）〜（３）のすべてを満たす酵素発電デバイスに関する。
（１）前記アノードが酸化酵素を含有する、および／または前記カソードが還元酵素を含有する。
（２）前記セパレーターが前記アノードまたは前記カソードの少なくとも一方より面積が大きい。
（３）アノードまたはカソードの一方が、もう一方に対して面積が大きい。
【０００９】
また、本発明は、アノードまたはカソードの一方が、もう一方に対して面積が２倍以上大きいことを特徴とする前記の酵素発電デバイスに関する。
【００１０】
また、本発明は、アノードおよびカソードが、  非導電性基材上に導電性の炭素材料（Ａ）とバインダー樹脂（Ｂ）とを含む導電層を設けた導電性基材を有し、
かつ、アノードが酸化触媒を有し、カソードが還元触媒を有することを特徴とする前記の酵素発電デバイスに関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、デバイスへ外部から液体を供給する際に、液体の供給を効果的に行うことで、安定して発電できる酵素発電デバイスを提供することができる。（例えばおむつ用途など）
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、アノードとカソードに回路配線を接合した酵素発電デバイスの構成部材の上面図である。
【図２】図２は、アノードとカソードに回路配線を接合した酵素発電デバイスの上面図である。
【図３】図３は、アノードとカソードに回路配線を接合した酵素発電デバイスおよび酵素発電デバイスと無線送信回路を接合した側面図である。
【図４】図４は、アノードとカソードの導電性基材を回路配線に用いた酵素発電デバイスの構成部材の上面図である。
【図５】図５は、アノードとカソードの導電性基材を回路配線に用いた酵素発電デバイスの上面図である。
【図６】図６は、アノードとカソードの導電性基材を回路配線に用いた酵素発電デバイスおよび酵素発電デバイスと無線送信回路を接合した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜酵素発電デバイス＞
本発明の酵素発電デバイスは、糖類、アルコール及びその他のバイオマス資源を燃料として発電する発電デバイスである。糖やアルコールなどの有機物を燃料として、アノード側で発生したｅ−（電子）およびイオンにより、カソード側の酸素還元反応を利用して発電することができる。また、発電の有無や発電量を検知することにより、対象物（燃料）をセンシングすることが可能となり、電源とセンサーを兼ねるセンサーとして機能することができる。前記機能を有する発電型センサーは酵素発電デバイスの一種に含まれる。
【００１４】
酵素発電デバイスの構成としては、燃料の酸化を促進するアノードと、酸素の還元を促進するカソードと、燃料の酸化で発生したｅ−（電子）をカソードに伝達や電池反応で発生した電気を取り出すための集電体と、アノードとカソードを電気的に分離する吸水性のセパレーターからなる。その他、燃料および燃料の酸化で発生したＨ＋（プロトン）等をカソードに伝達するイオン伝導体は、外部から供給される液体に含まれてもよく、デバイスに内蔵されてもよい。
【００１５】
本発明の酵素発電デバイスは、アノードまたはカソードの少なくとも一方が大気中に暴露している。また、アノードで燃料の酸化を起点に発電する方式から、アノードまたはアノードとカソードが大気中に暴露していることが好ましい。ここでいう暴露とは、該デバイスをラミネート処理などの封止を行わず、外部から液体を供給することで、該デバイスが容易に濡れることをいう。
【００１６】
セパレーターの面積は、アノードまたはカソードの少なくとも一方より大きい。また、アノードまたはカソードの一方の面積に対して、もう一方の面積が大きい。このようにすることで、外部から供給された液体が、アノードまたはカソードで一旦とどまった後、セパレーターを伝達して液体をアノードの酸化触媒部に効果的に輸送される。
【００１７】
より具体的には、図１または図４に示すような、アノードとカソードおよび吸水性のセパレーターを用意する。図１、図４ではカソードよりもアノードの面積が大きいが、アノードよりもカソードの面積が大きくても良い。
【００１８】
次いで、図３および図６に示すように、吸水性のセパレーターを介して、酸化触媒と還元触媒が対向するようにアノードとカソードを配置し、酵素発電デバイスを形成する。
【００１９】
無線送信回路への接合は、図３のように、回路配線を使用してもよく、図６のように、導電性基材を回路配線として使用しても良い。これら回路配線や導電性基材と無線送信回路を接合させる。
【００２０】
セパレーターの面積は、アノードとカソードを電気的に分離（短絡の防止）することや液体の供給の観点から、アノードおよびカソードのうち、面積が小さい方の面積よりも大きく、小さい方の面積よりも２倍以上であることが好ましく。また、セパレーターの面積は、アノードおよびカソードのうち、面積が大きい方の面積と同じであることがより好ましい。
【００２１】
アノードおよびカソードのうち、面積が小さい方の面積に対して、もう一方の面積が大きい方の面積は、小さい方の面積よりも１．５倍以上であることが好ましく、より好ましくは２倍以上である。
また、外部から供給された液体がアノードまたはカソードで一旦とどまった後、セパレーターを伝達して液体をアノードの酸化触媒部に効果的に輸送されることから、図２および図５のように、アノードとカソードとを配置した際、面積の大きいほうが５ｍｍ以上長いことが好ましく、１０ｍｍ以上長いことがより好ましい。
なお、アノードおよびカソードが、非導電性基材と導電層など、複数の層を有し、各層の面積が異なる際には、面積の大きい層をアノードおよびカソードの面積とする。
【００２２】
（アノード）
本発明のアノードは導電性の材料を含むものであれば特に限定されない。導電性の材料としては、炭素材料、金属等が挙げられ、使い捨て性や生体親和性の観点から、炭素材料を用いることが好ましい。炭素材料としては、黒鉛、カーボンブラック（ケッチェンブラック、アセチレンブラック等）、多孔質カーボン、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン等が挙げられる。炭素材料は１種のみを用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
【００２３】
アノードには、導電性の材料同士の接触を維持するためにバインダーを含むことが好ましい。バインダーの種類は特に限定されず、樹脂などが挙げられる。樹脂としては、溶媒に溶解可能な溶解性樹脂や、分散媒に安定に分散している分散性樹脂粒子等が挙げられる。バインダーは１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
アノードには、燃料の酸化を促進する触媒を含む。酸化触媒としては特に限定されないが、ウエアラブルデバイスや使い捨てデバイスとして使用する場合、安全性や生体適合性などの観点から、燃料の酸化を促進する酵素を含むことが好ましい。酵素の種類は特に限定されず、酸化の対象となる燃料の種類に応じて選択でき、１種類でも２種類以上であってもよい。
【００２５】
燃料が糖である場合の酵素として具体的には、燃料がグルコースである場合の酵素としてはグルコースオキシダーゼやグルコースでヒドロゲナーゼが、燃料がフルクトースである場合の酵素としてはフルクトースオキシダーゼやフルクトースデヒドロゲナーゼが、燃料がスクロースである場合の酵素としては、インペルターゼやグルコースデヒドロゲナーゼが、燃料がデンプンである場合の酵素としてはアミラーゼやグルコースデヒドロゲナーゼなどの組み合わせが挙げられる。
【００２６】
燃料が糖である場合の酵素として具体的には、燃料がグルコースである場合の酵素としてはグルコースオキシダーゼやグルコースでヒドロゲナーゼが、燃料がフルクトースである場合の酵素としてはフルクトースオキシダーゼやフルクトースデヒドロゲナーゼが、燃料がスクロースである場合の酵素としては、インペルターゼやグルコースデヒドロゲナーゼが、燃料がデンプンである場合の酵素としてはアミラーゼやグルコースデヒドロゲナーゼなどの組み合わせが挙げられる。
【００２７】
酵素を触媒に用いる場合、酵素を担持するために、カーボンブラック（ケッチェンブラック、アセチレンブラック等）やカーボンナノチューブ等の比表面積の大きい炭素や、メソポーラスカーボンなど、ミクロ〜メソ孔を有する多孔質炭素を用いても良い。
また、酵素の種類等、必要に応じでメディエータを含んでも良く、酵素やメディエータの担持方法については特に限定されない。
【００２８】
（カソード）
本発明のカソードは導電性の材料を含むものであれば特に限定されない。導電性の材料としては、炭素材料、金属等が挙げられ、使い捨て性や生体親和性の観点から、炭素材料を用いることが好ましい。炭素材料としては、黒鉛、カーボンブラック（ケッチェンブラック、アセチレンブラック等）、多孔質カーボン、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン等が挙げられる。炭素材料は１種のみを用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
【００２９】
カソードには、導電性の材料同士の接触を維持するためにバインダーを含むことが好ましい。バインダーの種類は特に限定されず、樹脂などが挙げられる。樹脂としては、溶媒に溶解可能な溶解性樹脂や、分散媒に安定に分散している分散性樹脂粒子等が挙げられる。バインダーは１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３０】
カソードは、酸素の還元を促進する触媒を含む。還元触媒としては特に限定されず、有機物であっても無機物であってもよい。有機物としては、ビリルビンオキシダーゼやラッカーゼ等の酸素の還元を促進する酵素が挙げられる。無機物としては、白金などの金属触媒やカーボンアロイなどが挙げられる。ウエアラブルデバイスや使い捨てデバイスとして使用する場合、安全性や生体適合性などの観点から、有機物やカーボンアロイ等が好ましく、コストや出力の安定性などから、カーボンアロイがさらに好ましい。
酵素を触媒として用いる場合、アノード電極と同様の方法を用いることができる。
【００３１】
（メディエータ）
酵素の種類によって、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が存在する。ＤＥＴ型以外の酵素は、燃料の酸化によって生じた電子を酵素から電極（アノード）に伝達するまたは、アノードから受け取った電子を電極（カソード）から酵素に伝達する役割を担うメディエータと併用することが好ましい。メディエータとしては、電極と電子の授受ができる酸化還元物質であれば特に制限はなく、従来公知のものを使用できる。
【００３２】
（導電性基材）
導電性基材は、アノードで発生した電子をカソードへの伝達や、電池反応で発生した電気を取り出すために用いられ、導電性を有する材料であれば特に限定されない。導電性基材上に前記アノードまたはカソードを設けることが好ましい。導電性基材としては、金属箔は金属メッシュなどの金属材料や、カーボンペーパーやカーボンフェルト、カーボンクロスなどの炭素材料などを用いることができる。酸化耐性や易廃棄性などの観点から炭素材料を用いることが好ましい。また、フレキシブル性の観点から、紙や樹脂フィルムなどの非導電性基材上に導電性の炭素材料（Ａ）とバインダー樹脂（Ｂ）からなる導電層を設けた導電性基材を用いることがさらに好ましい。導電性の炭素材料（Ａ）は黒鉛やカーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェンなどを用いることが好ましく、導電性や入手のし易さ等の観点から、黒鉛とカーボンを併用することがより好ましい。バインダー樹脂（Ｂ）は、溶媒に溶解可能な溶解性樹脂や分散媒に分散可能な分散性樹脂を用いることができ、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、アクリル系樹脂、ブタジエン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ＥＶＡ系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系樹脂等が挙げられ、１種単独で用いても良く、２種以上併用しても良い。フレキシブル性や酵素や燃料の浸透性などの観点から、水溶性樹脂と水分散樹脂微粒子とを併用することが好ましい。
【００３３】
（回路配線）
回路配線とは、酵素発電デバイスにおいてアノードおよびカソードと外部デバイスを電気的に接続し、回路を形成するための導電性部材である。回路配線は、アノードあるいはカソードと別途用意された導電性部材を接続し更に外部デバイスに接続してもよく、アノードあるいはカソードで用いる導電性基材を用いて、外部デバイスと接合しても良い。回路配線と外部デバイスを接続する方法としては特に限定するものではなく、接着剤あるいは粘着剤による接続の他に、スナップボタン、マグネット、クリップ、ファスナー、面ファスナー等を用いた接続が例示できる。
回路配線の材料としては、導電性を有する材料が用いられ、金属箔や銅線などの金属材料やカーボンペーパーやカーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素材料などを用いることができる。また、フレキシブル性や易廃棄性などの観点から、紙や樹脂フィルムなどの非導電性基材上に導電性の炭素材料（Ａ）とバインダー樹脂（Ｂ）からなる導電層を設けた導電性基材を回路配線として用いることもできる。
導電性基材を回路配線の用いる場合、導電性基材をそのまま用いてもよく、導電性基材同士を接合して用いてもよい。
【００３４】
（セパレーター）
本発明のセパレーターとしては、アノードとカソードを電気的に分離（短絡の防止）でき、吸水性のものであれば、特に限定されないが、フレキシブル性の観点から、不織布、フェルト、濾紙、和紙等を用いることが好ましい。
【００３５】
（燃料）
酵素発電デバイスで使用できる燃料としては、酵素によって酸化が促進される物質であればその種類は特に限定はされない。Ｄ−グルコース等の単糖類、デンプン等の多糖類、エタノール等のアルコール、有機酸などの有機物等が挙げられ、１種類のみでも２種類以上であってもよい。燃料はそのままの状態でアノードに含まれる酵素によって酸化可能なものであっても、加水分解等により、酸化可能な状態になるものであってもよい。
【００３６】
ウエアラブルデバイスや使い捨てデバイス等として使用する場合、安全性や生体親和性などの観点から、燃料は糖を含むことが好ましい。糖の種類は特に制限されず、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、多糖類、糖アルコール類糖が挙げられる。
燃料は、水、有機溶媒等の溶媒を含んでもよく、溶媒を含んでなくともよい。燃料を含む溶液を用いる場合は、この液体を供給することでデバイスが発電し、溶媒を含まない場合は、デバイス内に燃料を含有させ、燃料を溶解できる液体を供給することでデバイスが発電する。デバイス内に燃料を含有させる場所は特に制限されないが、アノードまたはセパレーターなどの基材に含有させることができる。
（イオン伝導体）
本発明におけるイオン伝導体はアノードとカソードの間でイオンの伝導を行うものである。イオン伝導体はイオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではない。イオン伝導体としては例えば、リン酸緩衝液などの液体に電解質が溶けている電解液や、固体のポリマー電解質などを使用してもよい。また、イオン伝導体は前記セパレーターに予め担持する等、酵素電池に内蔵してもよい。
【００３７】
＜酵素発電デバイスの用途＞
本発明の発電デバイスは、使用時に液体を外部から供給されることで発電するデバイスとして種々の用途に用いることができる。さらに、酵素発電デバイスの原理を用いて、対象物を検知するセンサーとしても使用が可能である。
【００３８】
センサーの用途としては、例えば、各種有機物を対象とした有機物センサー、血液や汗、尿、便、涙、唾液、呼気などの生体試料中の有機物や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、果物や食品中の糖等を対象にした食品用センサー、ＩｏＴセンサー、大気や河川、土壌など環境中の有機物を対象にした環境センサー、動物や昆虫、植物を対象にした動植物センサー等が挙げられ、上記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良いし、電源としては利用しないセンサーとしての利用だけでも良い。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や、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や熱中症センサー、汗や尿中の水分をセンシングする発汗センサーや排尿センサー等が挙げられる。また、生体向けのウェアラブルセンサーとしての用途として例えば、おむつ内にセンサーを仕込んだ排尿センサーや尿糖値センサー、経皮貼付型の発汗、熱中症センサーなどが挙げられる。
【実施例】
【００３９】
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、実施例および比較例における「部」は「質量部」、％は質量％を表す。
＜導電性基材の作製＞
イオン交換水５００質量部に水溶性樹脂のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣダイセル＃１２４０（ダイセル化学工業社製））５質量部をディスパーで撹拌しながら添加して溶解させた。その後、黒鉛（球状化黒鉛  ＣＧＢ−５０（日本黒鉛社製））７２質量部とカーボンブラック（ライオナイト  ＥＣ−２００Ｌ（ライオン社製））８質量部を添加した。次いで、サンドミルにて分散を行った。次に水分散性樹脂微粒子のアクリルエマルジョン（アクリル樹脂水分散液  Ｗ−１６８（トーヨーケム社製  固形分５０質量％））３０質量部を添加し、ディスパーで混合し、導電性組成物（１）を得た。
非導電性基材として、定性ろ紙（Ｎｏ．５Ｃ  ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製）を室温でロールプレスを行った後、導電性組成物（１）を上記非導電性基材上にドクターブレードを用いて塗布した後、加熱乾燥して導電性基材（１）を得た。
【００４０】
＜カソード用炭素触媒の作製＞
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）を、質量比１／０．５（グラフェンナノプレートレット／鉄フタロシアニン）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。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、８００℃で２時間熱処理を行い、酵素電池用炭素触媒（１）を得た。
【００４１】
＜カソード用電極組成物の作製＞
酵素電池用炭素触媒（１）４．８部、水８８．４部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣダイセル＃１２４０（ダイセル化学工業社製））０．８部をミキサーに入れて混合し、更にサンドミルに入れて分散した。その後、アクリルエマルジョン（アクリル樹脂水分散液  Ｗ−１６８（トーヨーケム社製  固形分５０質量％））６部を加えミキサーで混合し、酵素電池カソード用電極組成物（１）を得た。
【００４２】
＜酵素発電デバイス用アノードの作製＞
（製造例１）
（酵素発電デバイス用アノード（１））
作製した導電性基材を縦２１ｃｍ、横１１ｃｍに切り出した後、下部１ｃｍ×１１ｃｍ、両端各２１ｃｍ×３ｃｍ、上部１５ｃｍ×１１ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った。マスキング処理を行っていない導電性基材５×５ｃｍ２（面積２５ｃｍ２）部分に導電性炭素材料としてファーネスブラックＶＵＬＣＡＮ（登録商標）ＸＣ７２（ＣＡＢＯＴ社製）の組成物をドクターブレードにより塗布した後、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と、触媒としてグルコースオキシダーゼ水溶液をそれぞれ滴下し、自然乾燥させて担持を行った。その後、マスキングテープを剥がして、酵素発電デバイス用アノード（１）を得た。
【００４３】
（酵素発電デバイス用アノード（２））
作製した導電性基材を縦１３ｃｍ、横７ｃｍに切り出した後、下部４ｃｍ×７ｃｍ、両端各１３ｃｍ×１ｃｍ、上部４ｃｍ×７ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用アノード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用アノード（２）を得た。
【００４４】
（酵素発電デバイス用アノード（３））
作製した導電性基材を縦２０ｃｍ、横５ｃｍに切り出した後、上部１５ｃｍ×５ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用アノード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用アノード（３）を得た。
【００４５】
（酵素発電デバイス用アノード（４））
作製した導電性基材を縦２１ｃｍ、横２１ｃｍに切り出した後、下部１ｃｍ×２１ｃｍ、両端各２１ｃｍ×３ｃｍ、上部１５ｃｍ×２１ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用アノード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用アノード（４）を得た。
【００４６】
（酵素発電デバイス用アノード（５））
作製した導電性基材を縦６ｃｍ、横１１ｃｍに切り出した後、上部１ｃｍ×１１ｃｍ、両端各６ｃｍ×３ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用アノード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用アノード（５）を得た。
【００４７】
（酵素発電デバイス用アノード（６））
作製した導電性基材を縦１１ｃｍ、横５ｃｍに切り出した後、下部３ｃｍ×５ｃｍ、上部３ｃｍ×５ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用アノード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用アノード（６）を得た。
【００４８】
（酵素発電デバイス用アノード（７））
作製した導電性基材を縦６ｃｍ、横５ｃｍに切り出した後、上部１ｃｍ×５ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用アノード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用アノード（７）を得た。
【００４９】
＜酵素発電デバイス用カソードの作製＞
（酵素発電デバイス用カソード（１））
（製造例２）
作製した導電性基材を縦２０ｃｍ、横５ｃｍに切り出した後、上部１５ｃｍ×５ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った。マスキング処理を行っていない導電性基材５×５ｃｍ２（面積２５ｃｍ２）部分に作製した酵素電池カソード用電極組成物（１）を、ドクターブレードにより塗布した後、加熱乾燥して酵素発電デバイス用カソード（１）を得た。
【００５０】
（酵素発電デバイス用カソード（２））
作製した導電性基材を縦９ｃｍ、横５ｃｍに切り出した後、上部４ｃｍ×５ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用カソード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用カソード（２）を得た。
【００５１】
（酵素発電デバイス用カソード（３））
作製した導電性基材を縦２１ｃｍ、横１１ｃｍに切り出した後、下部１ｃｍ×１１ｃｍ、両端各２１ｃｍ×３ｃｍ、上部１５ｃｍ×１１ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用カソード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用カソード（３）を得た。
【００５２】
（酵素発電デバイス用カソード（４））
作製した導電性基材を縦６ｃｍ、横５ｃｍに切り出した後、上部１ｃｍ×５ｃｍ部分をテープでマスキング処理を行った以外は、酵素発電デバイス用カソード（１）（製造例１）と同様の方法により、酵素発電デバイス用カソード（４）を得た。
【００５３】
＜吸水性セパレーターの作製＞
表１に示す通り、定性ろ紙（Ｎｏ．５Ｃ  ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製）を切り出して吸水性セパレーターを作製した。
【００５４】
（実施例１）
＜酵素発電デバイスの作製＞
上記作製した酵素発電用アノード、吸水性セパレーター、カソードの順に、アノードとカソードの触媒部分が対向するように張り合わせて、表１に示す酵素発電デバイスを作製した。
【００５５】
（実施例２〜４、比較例１〜２）
実施例１と同様の方法で、表１に示す酵素発電デバイスを作製した。
【００５６】
（実施例５）
導電性基材を縦３ｃｍ、横１ｃｍに切出し、回路配線を作製した。酵素発電用アノード（５）と酵素発電用カソード（４）の上部左端１ｃｍ×１ｃｍの導電層箇所と回路配線の導電層箇所１ｃｍ×１ｃｍを導電ペーストで接合した。
回路配線を形成したアノードとカソードを実施例１と同様に張り合わせて、表１に示す酵素発電デバイスを作製した。
【００５７】
（実施例５、比較例３）
実施例５と同様の方法で、表１に示す酵素発電デバイスを作製した。
【００５８】
【表１】
2020009647.tif 000003
【００５９】
＜無線通信回路の作製＞
上記作製した酵素発電デバイスに、昇圧コンバーター（ＬＴＣ３１０８ ストロベリーリナックス（登録商標）社製）、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、酵素発電デバイスから昇圧コンバーターへ接続し、昇圧コンバーターから無線機の送信モジュールに接続、更に送信モジュールから発信された無線信号を無線機の無線モジュールで受信する無線通信回路を作製した。酵素発電デバイスから昇圧コンバーターへの接続は、触媒を塗布および担持していない導電性基材部を張り合わせた。
【００６０】
＜発電および無線送信の評価＞
介護用おむつ（ライブラリー４回分吸収用チャーム社製）の上に、上記作製した酵素発電デバイスを置いた。（アノードまたはカソードの面積が大きい方が下側（おむつ側）になるように置いた。）次いで、０．１ＭのＤ−グルコースを含む０．１Ｍリン酸緩衝液１５０ｍｌの液体を下記の通りに供給して無線送信の有無を確認した。
評価結果を表２に示す。
（液体の供給方法）
（１）：発電デバイスの触媒部の中心に液体を供給した。
（２）：発電デバイスの触媒部端から横１ｃｍ外れたところに液体を供給した。
（評価結果）
〇：無線送信できた。
×：無線送信できなかった。
【００６１】
【表２】
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【００６２】
表２に示すように、本発明の酵素発電デバイスは、外部からデバイスの触媒付近に液体を供給した場合、安定して発電できることが確認された。
比較例１および比較例３ではデバイス付近に液体を供給しても、液体がデバイスの外側に広がり、液体がおむつに流れ込んだため、デバイス触媒部に必要分の液体を供給することができなかったため、発電することができなかったと考えられる。また、比較例２では、吸水性のセパレーターがアノードとカソードよりも小さいため、デバイス内部（触媒部）に効果的に液体を供給できず発電できなかった、または、アノードとカソードで短絡したため、電気を取り出すことができなかったと考えられる。
また、触媒部端から外れたところに液体を供給した場合、本発明の実施例１〜５は安定して発電することが確認された。それ以外では、供給する液体が直接おむつに流れ、触媒部に液体を供給することができず、発電することができなかったと考えられる。
【００６３】
本発明では、液体をＤ−グルコースを溶解したりん酸緩衝液を燃料に用いたが、Ｄ−グルコースや電解質を吸水性のセパレーター等に含ませることで、水分発電や水分センサーとして使用することができる。
【００６４】
以上から、本発明の酵素発電デバイスは、電源不要で且つ、廃棄も容易で生体に安全な材料で構成され、発電した電力で送信機が動作することで、センシング情報をワイヤレス、例えば、受信機や携帯端末などに送信できることが可能になることから、おむつセンサーなどに好適である。
【符号の説明】
【００６５】
１    アノード
１１  酸化触媒
２    カソード
２１  還元触媒
３    吸水性のセパレーター
４    導電性基材
５    回路配線
６    無線送信回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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