具备固定化酶的生物反应器、固定化酶的活性提高方法和生物燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用由固定化酶催化的酶反应的生物反应器、固定化酶的活性提高方 法，还涉及由固定化酶催化的酶反应的生物燃料电池。
【背景技术】
[0002] 生物反应器是指利用了通过酶等而实现的生物反应的装置。在生物反应器中被利 用的生物反应中，可利用固定化酶、固定化微生物、其他生物细胞等。生物反应器可用于氨 基酸、肽有机酸等的生产、糖的异构化等。另外，石油化学工业的一部分工艺也应用利用酶 催化的生物反应器。进而，作为生物反应器，还有为了各种诊断等分析目的而使用的。
[0003] 生物燃料电池也称为酶燃料电池，是利用由通过酶、微生物而实现的化学反应所 产生的电能的电池。生物燃料电池与一般的电池同样，具有阴极电极和阳极电极隔着电解 质而相对的结构，作为燃料使用像甲醇、乙醇这样的醇类或像葡萄糖这样的糖类。另外，在 生物燃料电池中的阴极电极和阳极电极中，将固定化酶在电极中利用。
[0004] 对于生物反应器和生物燃料电池的任一者，如果能够提高通过酶等实现的化学反 应的反应效率，那么都能够期待大幅改善物质的生产性、电输出功率。但是，对于生物反应 器、生物燃料电池，现状是关于提高固定化酶的酶反应这样的技术尚未充分被研宄。因此， 要求能够对使用了固定化酶的生物反应器、生物燃料电池通用、显著提高由固定化酶催化 的酶反应的效率的技术。
[0005] 非专利文献1和专利文献1中公开了固定于电子传递介体电极的生物燃料电池。 在非专利文献1和专利文献1所公开的生物燃料电池中，作为将电子传递介体固定化于电 极材料时的固体化剂使用聚乙烯基咪唑。另外，在非专利文献1和专利文献1所公开的生 物燃料电池中，酶分散在电解液中。
[0006]另外，专利文献2中公开了以下燃料电池：具有正极与负极隔着包含缓冲物质的 电解质而相对的结构，正极和负极的至少一方利用固定化酶，作为缓冲物质使用包含咪唑 环的化合物。在专利文献2所公开的燃料电池中，在正极固定化有胆红素氧化酶、使用包含 咪唑缓冲液的电解质时，能够在阴极单极评价中能够实现高的电流密度。
[0007] 进而，专利文献3中公开了使用酶和电子受体来测定血糖值的传感器。专利文献3 所公开的传感器通过除了酶和电子受体以外还含有咪唑等杂环式化合物，改善了酶的保存 稳定性（抑制保存期间的前后的电流值的变化）。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特开2008-71584号公报
[0011] 专利文献2 :日本特开2008-60067号公报
[0012]专利文献3 :W02012/042903
[0013] 非专利文献
[0014] 非专利文献 1Electrochemistry76,No. 8,（2008)p. 594-596
【发明内容】
[0015] 发明所要解决的课题
[0016] 但是，尚不知道对于不限定酶的种类的广泛酶都能够提高生物反应器、生物燃料 电池中的固定化酶的酶活性的技术。因此，鉴于上述事实，本发明的目的是提供具备无论是 任何种类的酶酶活性都优异的固定化酶的生物反应器、无论是任何种类的酶都能对于固定 化酶提高其酶活性的固定化酶的活性提高方法、和具备优异的酶活性的固定化酶的生物燃 料电池。
[0017] 用于解决课题的方法
[0018] 为了实现上述的目的，本发明者们进行了深入研宄，结果发现，通过使由固定化酶 的催化的反应体系中存在5或6元环的包含氮和碳的杂环式化合物而该固定化酶的酶活性 显著提高，从而完成了本发明。本发明包含以下（1)~（24)。
[0019] (1)生物反应器，其特征在于，具备固定化酶和反应场，在所述反应场中进行由所 述固定化酶催化的酶反应，所述反应场含有5或6元环的包含氮和碳的杂环式化合物。
[0020] (2)根据⑴所述的生物反应器，其特征在于，所述反应场以0. 2~5. 0M的浓度含 有所述化合物。
[0021] (3)根据（1)所述的生物反应器，其特征在于，所述固定化酶是将氧化还原酶固定 于载体而成的。
[0022] (4)根据（3)所述的生物反应器，其特征在于，所述氧化还原酶是以NAD和/或 NADP作为电子受体催化氧化还原反应的酶。
[0023] (5)根据（3)所述的生物反应器，其特征在于，所述氧化还原酶是选自葡萄 糖-1-脱氢酶、谷氨酸脱氢酶和甲酸脱氢酶中的至少1种酶。
[0024] (6)根据（1)所述的生物反应器，其特征在于，所述杂环式化合物是具有咪唑环的 化合物。
[0025] (7)根据（1)所述的生物反应器，其特征在于，所述杂环式化合物是选自咪唑盐酸 盐、吡嗪、2-咪唑烷酮、1-乙烯基咪唑、聚乙烯基咪唑和组氨酸中的至少1种以上的化合物。
[0026] (8)固定化酶的酶活性提高方法，其特征在于，在5或6元环的包含氮和碳的杂环 式化合物的存在下进行由固定化酶催化的酶反应。
[0027] (9)根据（8)所述的固定化酶的酶活性提高方法，其特征在于，使所述化合物的浓 度为0. 2~5. 0M进行酶反应。
[0028] (10)根据（8)所述的固定化酶的酶活性提高方法，其特征在于，所述固定化酶是 将氧化还原酶固定于载体而成的。
[0029] (11)根据（10)所述的固定化酶的酶活性提高方法，其特征在于，所述氧化还原酶 是以NAD和/或NADP作为电子受体催化氧化还原反应的酶。
[0030] (12)根据（11)所述的固定化酶的酶活性提高方法，其特征在于，所述氧化还原酶 是选自葡萄糖-1-脱氢酶、谷氨酸脱氢酶和甲酸脱氢酶中的至少1种酶。
[0031] (13)根据（8)所述的固定化酶的酶活性提高方法，其特征在于，所述杂环式化合 物是具有咪唑环的化合物。
[0032] (14)根据⑶所述的固定化酶的酶活性提高方法，其特征在于，所述杂环式化合 物是选自咪唑盐酸盐、吡嗪、2-咪唑烷酮、1-乙烯基咪唑、聚乙烯基咪唑和组氨酸中的至少 1种以上的化合物。
[0033] (15)生物燃料电池，其特征在于，在阴极电极与阳极电极隔着电解质而相对的生 物燃料电池中，阴极电极和阳极电极的至少一方具备固定化酶，在5或6元环的包含氮和碳 的杂环式化合物的存在下进行该固定化酶的酶反应。
[0034] (16)根据（15)所述的生物燃料电池，其特征在于，所述化合物包含在与阳极电极 接触的燃料和/或与阴极电极接触的溶液中。
[0035] (17)根据（15)所述的生物燃料电池，其特征在于，所述化合物存在于阳极电极的 与燃料接触的表面和/或阴极电极的与溶液接触的表面。
[0036] (18)根据（15)所述的生物燃料电池，其特征在于，使所述化合物的浓度为0.2~ 5. 0M进行酶反应。
[0037] (19)根据（15)所述的生物燃料电池，其特征在于，所述固定化酶是将氧化还原酶 固定于载体而成的。
[0038] (20)根据（19)所述的生物燃料电池，其特征在于，所述氧化还原酶是以NAD和/ 或NADP作为电子受体催化氧化还原反应的酶。
[0039] (21)根据（19)所述的生物燃料电池，其特征在于，所述氧化还原酶是选自葡萄 糖-1-脱氢酶、谷氨酸脱氢酶和甲酸脱氢酶中的至少1种酶。
[0040] (22)根据（15)所述的生物燃料电池，其特征在于，所述阳极电极具备固定化酶， 在5或6元环的包含氮和碳的杂环式化合物的存在下进行阳极电极的酶反应。
[0041] (23)根据（15)所述的生物燃料电池，其特征在于，所述杂环式化合物是具有咪唑 环的化合物。
[0042] (24)根据（15)所述的生物燃料电池，其特征在于，所述杂环式化合物是选自咪唑 盐酸盐、吡嗪、2-咪唑烷酮、1-乙烯基咪唑、聚乙烯基咪唑和组氨酸中的至少1种以上的化 合物。
[0043] 本说明书包含作为本申请的优先权基础的日本专利申请2012-277271号的说明 书和/或附图所记载的内容。
[0044] 发明的效果
[0045] 根据本发明，不论酶的种类如何都能够大幅提高在生物反应器、生物燃料电池等 中使用的固定化酶的酶活性。本发明的生物反应器由于固定化酶的酶活性提高，因而成为 反应场中的反应效率优异的生物反应器。本发明的生物燃料电池由于固定化酶的酶活性提 高，因而成为具有优异的电池特性的生物燃料电池。
【附图说明】
[0046] 图1是显示应用了本发明的生物反应器的一例的构成示意图。
[0047] 图2是显示应用了本发明的生物反应器其他例子的构成示意图。
[0048] 图3是显示应用了本发明的生物燃料电池的一例的构成示意图。<