專利名稱：：燃料電池、制造燃料電池的方法、電子設(shè)備、酶固定電極、生物傳感器、生物反應(yīng)器、能量轉(zhuǎn)...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及燃料電池、制造燃料電池的方法、電子設(shè)備、酶固定電極、生物傳感器、生物反應(yīng)器、能量轉(zhuǎn)換元件、和酶反應(yīng)利用裝置。例如，本發(fā)明有利地應(yīng)用于生物燃料電池、生物傳感器、和在其中使用酶的生物反應(yīng)器、以及在其中用生物燃料作為電源的各種電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
：燃料電池具有其中正極(氧化劑電極)和負(fù)極(燃料電極)通過(guò)其間的電解質(zhì)(質(zhì)子導(dǎo)體)而相對(duì)的結(jié)構(gòu)。關(guān)于相關(guān)技術(shù)中的燃料電池，使提供給負(fù)極的燃料(氫)氧化，以便分離成電子和質(zhì)子(H+)。使電子傳送到負(fù)極，并且，H+通過(guò)電解質(zhì)移動(dòng)至正極。關(guān)于正極，產(chǎn)生的H+與從外部供給的氧和從負(fù)極通過(guò)外部電路轉(zhuǎn)移的電子起反應(yīng)，以便產(chǎn)生壓0。如上所述，燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的高效率發(fā)電裝置，并且，除了高轉(zhuǎn)換效率以外，不管使用的位置和使用的時(shí)間如何，可將天然氣、石油、煤等的化石能源所具有的化學(xué)能作為電能取出。因此，之前已經(jīng)積極地進(jìn)行了用于大規(guī)模發(fā)電等的目的的燃料電池的研究和開(kāi)發(fā)。例如，有這樣的跟蹤記錄將燃料電池安裝在航天飛機(jī)上，并驗(yàn)證可供給機(jī)組人員電力和同時(shí)供給水，并且，燃料電池是清潔的發(fā)電裝置。此外，近些年來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)并注意了具有在大約室溫至90°C的溫度范圍內(nèi)的相對(duì)低的工作溫度的燃料電池，例如，固體聚合物燃料電池。因此，已經(jīng)在摸索不僅用于大規(guī)模發(fā)電的目的，而且用于小型系統(tǒng)(例如，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車的電源和用于個(gè)人電腦與移動(dòng)裝置的便攜電源)的應(yīng)用。如上所述，希望燃料電池具有從大規(guī)模發(fā)電到小規(guī)模發(fā)電的廣泛范圍應(yīng)用，并希望已經(jīng)作為高效率的發(fā)電裝置而受到普遍關(guān)注。然而，關(guān)于燃料電池，通常，通過(guò)用轉(zhuǎn)化裝置等轉(zhuǎn)化成氫氣，用天然氣、石油、煤等作為燃料，并且，存在的各種問(wèn)題在于，例如，消耗有限的資源，另外，需要加熱至高溫，并需要昂貴的貴金屬催化劑，例如鉬(Pt)。此外，即使在直接使用氫氣或甲醇作為燃料的情況中，在處理其時(shí)也必須小心。然后，已經(jīng)注意到，在生物中進(jìn)行的活體新陳代謝是高效率能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，并且，已經(jīng)提出了其對(duì)燃料電池的應(yīng)用。這里所提及的活體新陳代謝包括在微生物體細(xì)胞中進(jìn)行的呼吸、光合作用等?？偟膩?lái)說(shuō)，活體新陳代謝具有這樣的優(yōu)點(diǎn)發(fā)電效率非常高，并且，反應(yīng)在室溫等級(jí)的溫和條件下進(jìn)行。例如，呼吸是這樣一種機(jī)制使?fàn)I養(yǎng)素(例如，糖類、脂肪和蛋白質(zhì))進(jìn)入微生物或細(xì)胞，將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換成氧化還原能量，即，電能，通過(guò)在一個(gè)過(guò)程中將煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)還原成還原的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，該過(guò)程用于通過(guò)糖酵解途徑和三羧酸(TCA)循環(huán)產(chǎn)生二氧化碳(CO2)，所述循環(huán)包括許多酶反應(yīng)步驟，此外，在電子傳送系統(tǒng)中，將這些NADH的電能直接轉(zhuǎn)換成質(zhì)子梯度的電能，另外，還原氧，以便產(chǎn)生水。這里獲得的電能通過(guò)ATP合成酶從二磷酸腺苷(ADP)產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)，并且，產(chǎn)生的ATP用于培育微生物和細(xì)胞所需要的反應(yīng)。在胞液和線粒體中進(jìn)行上述能量轉(zhuǎn)換。此外，光合作用是這樣一種機(jī)制通過(guò)電子傳送系統(tǒng)將煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)還原成還原的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADffl)，在用于接收光能并將光能轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程中，氧化水以便產(chǎn)生氧。產(chǎn)生的電能在CO2中獲得，并且，該電能用于碳固定反應(yīng)，并用于碳水化合物的合成。作為一種使用上述活體新陳代謝用于燃料電池的技術(shù)，已經(jīng)報(bào)道了微生物電池，其中，通過(guò)電子介體將在微生物中產(chǎn)生的電能從微生物中取出，并且，使產(chǎn)生的電子傳送到電極，以便獲得電流(例如，參照PTL1)。然而，關(guān)于微生物和電池，除了期望的反應(yīng)(即，化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)換)之外，還存在許多不必要的反應(yīng)。因此，在上述方法中，在不想要的反應(yīng)中消耗化學(xué)能，并且，無(wú)法表現(xiàn)令人滿意的能量轉(zhuǎn)換效率。然后，已經(jīng)提出了燃料電池(生物燃料電池)，其中，通過(guò)使用酶來(lái)僅進(jìn)行期望的反應(yīng)(例如，參照PTL2至11)。此生物燃料電池通過(guò)用酶將燃料分離成質(zhì)子和電子來(lái)分解燃料。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了通過(guò)使用醇(例如，甲醇和乙醇)、單糖(例如，葡萄糖)、或多糖(例如，淀粉)作為燃料的生物燃料電池。已知，在上述生物燃料電池中，酶相對(duì)于電極的固定布置非常重要。此外，已知，與酶一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移電子的功能的電子介體的有效存在也是必需的。在相關(guān)技術(shù)中，具有用于固定酶的各種方法。其中，本發(fā)明人已經(jīng)主要開(kāi)發(fā)出一種聚離子絡(luò)合物方法和一種戊二醛方法，在該聚離子絡(luò)合物方法中，將適當(dāng)比例的帶有正電荷的聚合物、帶有負(fù)電荷的聚合物和酶混合并應(yīng)用于由多孔碳等形成的電極，以便使固定膜穩(wěn)定同時(shí)保持對(duì)電極的粘附。引證列表專利文獻(xiàn)PTL1:日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2000-133297號(hào)PTL2日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2003-282124號(hào)PTL3日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2004-71559號(hào)PTL4日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2005-13210號(hào)PTL5日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2005-310613號(hào)PTL6日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2006-24555號(hào)PTL7日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2006-49215號(hào)PTL8日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2006-93090號(hào)PTL9日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2006-127957號(hào)PTL10日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2006-156354號(hào)PTL11日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2007-12281號(hào)非專利文獻(xiàn)NPL1Riposo-muOuyounoShintenkai“JinkousaibounoKaihatsuniMukete”(NewDevelopmentinLiposomeApplication"ForDevelopmentofArtificialCell"(脂質(zhì)體應(yīng)用中的新發(fā)展“用于人造細(xì)胞的發(fā)展”))，由KazunariAkiyoshi和KaoraTsujii指導(dǎo)，NTSbic.,2005年6月1日出版NPL2:BiotechnologyandBioengineering,Vol.81,No.6,pp.695-704(2003)(生物工藝學(xué)和生物工程學(xué)，第81卷，第6期，第695-704頁(yè)Q003))
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題然而，通過(guò)使用聚離子絡(luò)合物的上述固定方法很大程度上取決于酶的物理化學(xué)特性(尤其是電荷)，并且，擔(dān)心固定狀態(tài)由于外部溶液的變化、使用過(guò)程中的環(huán)境變化等而連續(xù)改變，使得容易洗提固定的酶等。此外，通常，酶對(duì)熱量的耐性較低。在朝著生物燃料電池商業(yè)化的酶的改性中，改變酶本身的物理化學(xué)特性。因此，根據(jù)場(chǎng)合的需要，必需優(yōu)化復(fù)雜的固定膜制造方法。另外，在希望從燃料中取出更多電子的情況中，需要更大量的酶。在固定這些酶的情況中，花費(fèi)更多的努力來(lái)優(yōu)化其固定條件。因此，本發(fā)明解決的一個(gè)問(wèn)題是，提供一種燃料電池及制造燃料電池的方法，其中，將至少一種類型的酶和輔酶限制在微小的空間中，實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，同時(shí)，此空間用作反應(yīng)場(chǎng)，從而，可從燃料中有效地取出電子，以產(chǎn)生電能，并且，可容易地進(jìn)行這些酶和輔酶在電極上的固定，還提供了包括此燃料電池的高性能電子設(shè)備、有利地應(yīng)用于此燃料電池的酶固定電極、以及高效率生物傳感器、生物反應(yīng)器、能量轉(zhuǎn)換元件、和電極反應(yīng)利用裝置。解決問(wèn)題的方案本發(fā)明人進(jìn)行了深入的研究，以解決上述問(wèn)題。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，在生物燃料電池中，在酶反應(yīng)所需要的酶和輔酶封入用作人造細(xì)胞的脂質(zhì)體中的情況中，能夠更有效地實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，以便與在使用未封入脂質(zhì)體中的相同量的酶和輔酶的情況中相比，獲得非常高的催化電流或促進(jìn)在電極上的固定。用實(shí)驗(yàn)確定了其有效性，此外，根據(jù)各種觀點(diǎn)檢查了此技術(shù)能夠應(yīng)用的范圍，并且已經(jīng)獲得本發(fā)明。在這點(diǎn)上，所產(chǎn)生的技術(shù)不僅可有利地應(yīng)用于生物燃料電池，而且可有利地應(yīng)用于使用酶和輔酶的各種元件或裝置。通過(guò)將酶反應(yīng)所需要的酶和輔酶封入脂質(zhì)體中可更有效地實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)并且可實(shí)現(xiàn)非常高的催化電流的發(fā)現(xiàn)，最初已由本發(fā)明人獲得，并已反駁了相關(guān)技術(shù)中已建立的理論。也就是說(shuō)，在假設(shè)封入脂質(zhì)體中的酶是活體催化劑的情況中，已經(jīng)認(rèn)為，反應(yīng)速度較低，因?yàn)橄拗屏嘶|(zhì)相對(duì)于構(gòu)成脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層的透過(guò)速度。例如，根據(jù)NPLl的第4M頁(yè)中右欄的第2行至第6行中的描述，“關(guān)于封入脂質(zhì)體中的酶作為活體催化劑的使用，存在的問(wèn)題在于由于脂質(zhì)膜的高透過(guò)選擇性，過(guò)度地限制了封入脂質(zhì)體中的酶與添加至脂質(zhì)體外部的水相中的親水的或高分子量基質(zhì)的反應(yīng)性”。此外，根據(jù)NPL2的第695頁(yè)中右欄的倒數(shù)第8行至倒數(shù)第5行中的描述，“通常，封入脂質(zhì)體中的酶與從外部添加的基質(zhì)的反應(yīng)性，顯著地取決于橫過(guò)脂質(zhì)體雙層的基質(zhì)透過(guò)性”。也就是說(shuō)，為了解決上述問(wèn)題，第一發(fā)明是一種燃料電池，具有正極和負(fù)極通過(guò)其間的質(zhì)子導(dǎo)體而相對(duì)的結(jié)構(gòu)，并被構(gòu)造6為通過(guò)使用酶和輔酶從燃料中取出電子，其中，將至少一種類型的上述酶和至少一種類型的上述輔酶封入脂質(zhì)體中。第二發(fā)明是一種制造燃料電池的方法，該燃料電池具有正極和負(fù)極通過(guò)其間的質(zhì)子導(dǎo)體而相對(duì)的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)使用酶和輔酶從燃料中取出電子，所述方法包括將至少一種類型的上述酶和至少一種類型的上述輔酶封入脂質(zhì)體中的步驟。在第一和第二發(fā)明中，脂質(zhì)體是從由磷脂等構(gòu)成的脂質(zhì)雙層形成的封閉泡囊，并且，內(nèi)部是水相。此脂質(zhì)體不僅包括從脂質(zhì)雙層的單層形成的單層(unilamellar)脂質(zhì)體6UV小單層脂質(zhì)體，GUV大單層脂質(zhì)體)，而且包括多層脂質(zhì)體(MUV)，在多層脂質(zhì)體中，將小脂質(zhì)體6UV)放入大脂質(zhì)體(GUV)中，以形成巢(nest)?？缮a(chǎn)具有例如大約IOOnm至10μm大的直徑的脂質(zhì)體。必要時(shí)選擇直徑，在一個(gè)具體實(shí)例中，是2至7μιη。至于磷脂，基本上可以使用任何磷脂，并且，可以使用甘油磷脂或鞘磷脂。甘油磷脂的實(shí)例包括磷脂酸、磷脂酰膽堿(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰甘油、以及雙磷脂酰甘油(心磷脂)，雖然不限于這些。鞘磷脂的實(shí)例包括神經(jīng)鞘磷脂，雖然不限于此。磷脂酰膽堿的一個(gè)典型實(shí)例是雙十四酰磷脂酰膽堿(DMPC)。以前已知的方法可用于脂質(zhì)體的形成以及酶和輔酶在脂質(zhì)體內(nèi)部中的封入。在酶反應(yīng)所需要的酶和輔酶中，將至少一種類型的酶和至少一種類型的輔酶封入此脂質(zhì)體中。然而，可以將酶反應(yīng)所需的所有酶和輔酶都封入脂質(zhì)體中，或者，將一部分酶和輔酶不封入脂質(zhì)體中，而是可以將其加入或固定在構(gòu)成此脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層中，或允許其存在于脂質(zhì)體外部。在將酶和輔酶固定在構(gòu)成脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層中的情況中，例如，可使用錨形體，例如，聚乙二醇鏈。在所使用的燃料不能容易地通過(guò)構(gòu)成脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層并進(jìn)入脂質(zhì)體內(nèi)部的情況中，可將進(jìn)行燃料或燃料的分解產(chǎn)物的輸送的運(yùn)載蛋白(transporter)(轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)加入脂質(zhì)雙層中?？商鎿Q地，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇脂質(zhì)的類型、組成、顆粒直徑等，還可改進(jìn)燃料的透過(guò)性。將脂質(zhì)體固定在負(fù)極上是有利的，雖然并非必需固定。在用包含緩沖溶液(緩沖物質(zhì))的電解質(zhì)作為質(zhì)子導(dǎo)體的情況中，可以將脂質(zhì)體包含在緩沖溶液中。至于脂質(zhì)體的固定，可使用用于例如細(xì)胞固定的之前已知的各種固定方法。此外，在此情況中，為了穩(wěn)定脂質(zhì)體在負(fù)極上的固定，可以在負(fù)極與脂質(zhì)體之間設(shè)置中間層。至于此中間層，不僅可使用生物聚合物(例如，蛋白質(zhì)和DNA)，而且可使用具有親水性和疏水性兩種特性的聚合物電解質(zhì)、能夠形成結(jié)構(gòu)的材料(例如，膠束、反向膠束和層)、以及具有納米結(jié)構(gòu)并具有至少一種特性的化合物、表現(xiàn)生物相容性的化合物。至于蛋白質(zhì)，例如，可使用酸性蛋白，例如，醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、卵清蛋白，和肌激酶，以清蛋白為代表，并且，另外還使用溶菌酶、細(xì)胞色素C、肌紅蛋白、胰蛋白酶原等，其在堿性側(cè)上具有等電點(diǎn)。通過(guò)允許電極表面物理地吸附由這些蛋白質(zhì)等形成的中間層并將脂質(zhì)體固定在此中間層上，可將脂質(zhì)體穩(wěn)定地固定在負(fù)極上。至于燃料(基質(zhì))，可使用各種物質(zhì)，并且必要時(shí)可選擇。其典型的實(shí)例包括醇(例如，甲醇和乙醇)、單糖和多糖。在用單糖、多糖等作為燃料的情況中，典型地，其以燃料溶液的形式使用，其中，其溶解在之前已知的緩沖溶液，例如，磷酸鹽緩沖溶液或Tris緩沖溶液中。如在表1中所示的是基質(zhì)和酶的組合的實(shí)例。[表1]基質(zhì)g_葡萄糖脫氫酶葡萄糖氧化酶醇脫氫酶醛脫氫酶組氨醇脫氫酶異檸檬酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶蘋(píng)果酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶葡萄糖-6-磷酸脫氫酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶果糖脫氫酶_封入脂質(zhì)體中的酶典型地包含促進(jìn)燃料的氧化以進(jìn)行分解的氧化酶，并進(jìn)一步包含輔酶氧化酶(coenzyme-oxidizingenzyme)，其使隨著燃料的氧化而還原的輔酶回到氧化形式，并且，其通過(guò)電子介體將電子傳送至負(fù)極。至于電子介體，基本上，可以使用任何化合物。優(yōu)選地，使用具有醌骨架的化合物。具體地，使用，例如，2，3-二甲氧基-5-甲基-1，4-苯醌(QO)和具有萘醌骨架的化合物，例如，各種萘醌衍生物，例如，2-氨基-1，4-萘醌(ANQ)、2-氨基-3-甲基-1，4-萘醌(AMNQ)、2-甲基-1，4-萘醌(VK3)、2-氨基-3-羧基-1，4-萘醌(ACNQ)、以及維生素K1。至于具有醌骨架的化合物，例如，也可使用蒽醌及其衍生物。如果必要，除了具有醌骨架的化合物以外，電子介體可以包含至少一種類型的用作電子介體的其它化合物。可以將此電子介體與在其中封入酶和輔酶的脂質(zhì)體一起固定在負(fù)極上，封入此脂質(zhì)體的內(nèi)部，或固定在此脂質(zhì)體上，或包含于燃料溶液中。例如，在用醇作為燃料的情況中，封入脂質(zhì)體中的酶包括促進(jìn)醇的氧化以進(jìn)行分解的氧化酶，和使被氧化酶還原的輔酶回到氧化形式的輔酶氧化酶。當(dāng)通過(guò)輔酶氧化酶的作用使輔酶回到氧化形式時(shí)，產(chǎn)生電子，并且，將電子從輔酶氧化酶通過(guò)電子介體運(yùn)送至負(fù)極。至于氧化酶，例如，使用醇脫氫酶(ADH)(尤其是，NAD依賴性醇脫氫酶)。至于輔酶，例如，使用煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)或煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)。至于輔酶氧化酶，例如，使用心肌黃酶(DI)。葡萄糖組氨酸異檸檬酸酮戊二酸蘋(píng)果酸_48]琥珀酸葡萄糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸果糖可替換地，在用單糖(例如，葡萄糖)作為燃料的情況中，有利的是，封入脂質(zhì)體中的酶包括促進(jìn)單糖的氧化以進(jìn)行分解的氧化酶，和使被氧化酶還原的輔酶回到氧化形式的輔酶氧化酶。當(dāng)通過(guò)輔酶氧化酶的作用使輔酶回到氧化形式時(shí)，產(chǎn)生電子，并且，將電子從輔酶氧化酶通過(guò)電子介體運(yùn)送至負(fù)極。至于氧化酶，例如，使用葡萄糖脫氫酶(GDH)(尤其是，NAD依賴性葡萄糖脫氫酶)。至于輔酶，例如，使用NAD+或NADP+。至于輔酶氧化酶，例如，使用DI。在此情況中，為了使葡萄糖進(jìn)入脂質(zhì)體的內(nèi)部，有利的是，將葡萄糖運(yùn)載蛋白(糖類載體)加入構(gòu)成脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層中。至于葡萄糖運(yùn)載蛋白，可使用之前已知的各種物質(zhì)，并且必要時(shí)進(jìn)行選擇。例如，在通過(guò)基于脂質(zhì)體的內(nèi)部與外部之間的葡萄糖濃度的差異的促進(jìn)的擴(kuò)散(增強(qiáng)的擴(kuò)散)機(jī)制輸送葡萄糖的情況中，可用GLUTl至GLUT6的六種類型的同種型及其變型作為對(duì)促進(jìn)的擴(kuò)散具有責(zé)任的葡萄糖運(yùn)載蛋白。在使用多糖(在廣義上叫做多糖，指的是所有通過(guò)水解產(chǎn)生至少兩個(gè)單糖分子的碳水化合物，并包括低聚糖，例如，二糖、三糖和四糖)的情況中，除了上述氧化酶、輔酶氧化酶和輔酶以外，還使用促進(jìn)多糖的分解(例如，水解)并產(chǎn)生單糖(例如，葡萄糖)的分解酶。在此情況中，例如，將上述氧化酶、輔酶氧化酶和輔酶封入脂質(zhì)體中，并且，將分解酶加入或固定在構(gòu)成脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層中，或允許其存在于脂質(zhì)體的外部。在允許分解酶存在于脂質(zhì)體的外部的情況中，有利的是，將分解酶固定在負(fù)極上，雖然并非必需固定，但是，在用包含緩沖溶液(緩沖物質(zhì))的電解質(zhì)作為質(zhì)子導(dǎo)體的情況中，分解酶可以包含在緩沖溶液中。多糖的具體實(shí)例包括淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉、糖原、纖維素、麥芽糖、蔗糖和乳糖。它們由至少兩個(gè)結(jié)合的單糖構(gòu)成，并且，所有多糖包括作為用作結(jié)合單元的單糖的葡萄糖。在這點(diǎn)上，直鏈淀粉和支鏈淀粉是包含于淀粉中的成分。淀粉是直鏈淀粉和支鏈淀粉的混合物。在用葡糖淀粉酶作為用于多糖的分解酶并且用葡萄糖脫氫酶作為用于分解單糖的氧化酶的情況中，可通過(guò)使用包含多糖(例如，淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉、糖原和麥芽糖中的任何一種)的燃料來(lái)進(jìn)行發(fā)電，多糖通過(guò)葡糖淀粉酶可分解成葡萄糖。在這點(diǎn)上，葡糖淀粉酶是水解α-葡聚糖(例如，淀粉)以產(chǎn)生葡萄糖的分解酶，并且，葡萄糖脫氫酶是將β-D-葡萄糖氧化成D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的氧化酶。關(guān)于燃料電池，其中用纖維素酶作為分解酶并用葡萄糖脫氫酶作為氧化酶，可用可通過(guò)纖維素酶分解成葡萄糖的纖維素作為燃料。更詳細(xì)地，纖維素酶是纖維素酶(EC3.2.1.4)、外纖維二糖水解酶(EC3.2.1.91)，β-葡糖苷酶(EC3.2.1.21)等中的至少任何一種類型。此外，可以用葡糖淀粉酶和纖維素酶的混合物作為分解酶。在此情況中，由于可分解大部分在自然世界中產(chǎn)生的多糖，所以，可用在很大程度上包含其的物質(zhì)(例如，垃圾)作為燃料。此外，關(guān)于燃料電池，其中用α-葡糖苷酶作為分解酶并用葡萄糖脫氫酶作為氧化酶，可用通過(guò)α-葡糖苷酶分解成葡萄糖的麥芽糖作為燃料。此外，關(guān)于燃料電池，其中用蔗糖酶作為分解酶并用葡萄糖脫氫酶作為氧化酶，可用通過(guò)蔗糖酶分解成葡萄糖和果糖的蔗糖作為燃料。更詳細(xì)地，蔗糖酶是α-葡糖苷酶(EC3.2.1.20)、蔗糖-α-葡糖苷酶(EC3.2.1.48)、β-呋喃果糖苷酶(EC3.2.1.26)等中的至少任何一種類型。另外，關(guān)于燃料電池，其中用半乳糖苷酶作為分解酶并用葡萄糖脫氫酶作為氧化酶，可用通過(guò)半乳糖苷酶分解成葡萄糖和半乳糖的乳糖作為燃料。如果必要，也可以將這些用作燃料的多糖固定在負(fù)極上。特別地，關(guān)于通過(guò)用淀粉作為燃料的燃料電池，也可使用通過(guò)使淀粉膠質(zhì)化來(lái)產(chǎn)生的膠質(zhì)固體燃料。在此情況中，例如，可使用一種方法，其中，允許膠凝淀粉與已將把酶和輔酶封入其中的脂質(zhì)體固定于其上的負(fù)極接觸，或者，將其與此脂質(zhì)體等一起固定在負(fù)極上。如果使用這種方法，可將負(fù)極表面上的淀粉濃度保持在比使用溶解于溶液中的淀粉的情況更高的水平，并且，使通過(guò)酶的分解作用進(jìn)一步加速，使得改進(jìn)提高輸出。另外，與溶液的情況相比，燃料的處理更容易，因此，可簡(jiǎn)化燃料供給系統(tǒng)。此外，阻止燃料電池的翻轉(zhuǎn)不是必需的，因此，在移動(dòng)裝置中使用燃料電池是非常有利的。在將酶固定在正極上的情況中，典型地，此酶包括還原氧的酶。至于此還原氧的酶，例如，可使用膽紅素氧化酶、漆酶和抗壞血酸氧化酶。在此情況中，優(yōu)選地，除了酶以外，還將電子介體固定在正極上。至于電子介體，例如，使用亞鐵氰化鉀、八氰鎢酸鉀。優(yōu)選地，將電子介體固定在適當(dāng)高的濃度，例如，在0.64Xl(T6mOl/mm2或更大的平均值。至于質(zhì)子導(dǎo)體，可使用各種物質(zhì)，并且必要時(shí)進(jìn)行選擇。其具體實(shí)例包括由玻璃紙形成的物質(zhì)、基于過(guò)碳氟磺酸鹽(PFS)的樹(shù)脂膜、三氟苯乙烯衍生物的共聚物膜、注入磷酸的聚苯并咪唑膜、芳香族聚醚酮磺酸膜、PSSA-PVA(聚苯乙烯磺酸聚乙烯醇共聚物)、PSSA-EVOH(聚苯乙烯磺酸乙烯乙烯醇共聚物)、以及具有含氟碳磺基的離子交換樹(shù)脂(Nafion(商品名，DUPont(杜邦)，美國(guó))等)。在用包含緩沖溶液(緩沖物質(zhì))的電解質(zhì)作為質(zhì)子導(dǎo)體的情況中，希望可在高輸出操作的過(guò)程中獲得令人滿意的緩沖能力，并且，可令人滿意地發(fā)揮酶固有的能力。為此目的，有效的是，將包含于電解質(zhì)中的緩沖物質(zhì)的濃度規(guī)定為0.2M或更大，且2.5M或更小，優(yōu)選地是0.2M或更大，且2M或更小，更優(yōu)選地是0.4M或更大，且2M或更小，并進(jìn)一步優(yōu)選地是0.8M或更大，且1.2M或更小。通常，可以在表現(xiàn)出6pKa或更大的且為9或更少的范圍內(nèi)使用任何緩沖物質(zhì)。其具體實(shí)例包括磷酸二氫離子(H2PO4-)、2-氨基-2-羥甲基-1，3-丙二醇(簡(jiǎn)稱為T(mén)ris)、2-(N_嗎啉代)乙磺酸(MES)、卡可酸、碳酸(H2CO3)、檸檬酸氫離子、N-O-乙酰胺)亞氨基二乙酸(ADA)、哌嗪-N，N，-二O-乙磺酸)(PIPES)、N-(2-乙酰胺基)-2-氨基乙磺酸(ACES)、3-(N_嗎啉代)丙磺酸(MOPS)、N-2-羥乙基哌嗪-N，-2-乙磺酸(HEPES)、N_2_羥乙基哌嗪-N’-3-丙磺酸(HEPPS)、N-[三(羥甲基)甲基]甘氨酸(簡(jiǎn)稱為曲辛(tricine))、雙甘氨肽、以及N，N-二O-羥乙基)甘氨酸(簡(jiǎn)稱為N-二(羥乙基)甘氨酸(bicine))。產(chǎn)生磷酸二氫離子(H2PO4)的物質(zhì)是，例如，磷酸二氫鈉(NaH2PO4)或磷酸二氫鉀(KH2PO4)0至于緩沖物質(zhì)，具有咪唑環(huán)的化合物也是優(yōu)選的。具有咪唑環(huán)的化合物的具體實(shí)例包括咪唑、三唑、吡啶衍生物、二吡啶衍生物、以及咪唑衍生物(組氨酸、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、2-乙基咪唑、乙基咪唑-2-羧酸鹽、咪唑-2-甲醛(imidazole-2-carboxaldehyde)、咪唑-4-羧酸、咪唑-4，5-二羧酸、咪唑-1-基-乙酸、2-乙酰苯并咪唑、1-乙酰咪唑、N-乙酰咪唑、2-氨基苯并咪唑、N-(3-氨基丙基)咪10唑、5-氨基-2-(三氟甲基)苯并咪唑、4-氮雜苯并咪唑、4-氮雜-2-巰基苯并咪唑、苯并咪唑、1-芐基咪唑、以及1-丁基咪唑)。必要時(shí)，除了這些緩沖物質(zhì)以外，例如，可以增加選自由鹽酸(HCl)、乙酸(CH3COOH)、磷酸(H3PO4)和硫酸(H2SO4)組成的組中的至少一種類型的酸，作為中和劑。因此，可將酶的活性保持在較高的水平。優(yōu)選地，包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)的pH大約是7，但是通?？梢允?至14的任何值。至于用于正極和負(fù)極的電極材料，可使用各種材料。例如，使用碳基材料，例如，多孔碳、碳顆粒、碳?xì)趾吞技?。至于用于電極的材料，還可以使用包括由多孔材料形成的骨架的多孔導(dǎo)電材料和覆蓋至少一部分骨架表面并包含碳基材料作為主要成分的材料。通過(guò)用包含碳基材料作為主要成分的材料涂覆由多孔材料形成的骨架表面的至少一部分，可獲得此多孔導(dǎo)電材料。構(gòu)成此多孔導(dǎo)電材料的骨架的多孔材料可以基本上是與存在或不存在導(dǎo)電性無(wú)關(guān)的任何材料，只要可穩(wěn)定地保持該骨架，即使孔隙率高也是這樣。優(yōu)選地，用具有高孔隙率和高電導(dǎo)率的材料作為多孔材料。至于上述具有高孔隙率和高電導(dǎo)率的多孔材料，具體地，可使用金屬材料(金屬或合金)、具有加強(qiáng)骨架的碳基材料(改進(jìn)脆性)等。在用金屬材料作為多孔材料的情況中，考慮各種選擇，因?yàn)?，取決于使用環(huán)境(例如，溶液的pH和電勢(shì))，金屬材料的狀態(tài)穩(wěn)定性是不同的。例如，發(fā)泡金屬或發(fā)泡合金，例如，鎳、銅、銀、金、鎳鉻合金，或不銹鋼，是一種易于獲得的材料。至于多孔材料，除了上述金屬材料和碳基材料以外，也可使用樹(shù)脂材料(例如，海綿狀材料)。考慮材料的厚度并且根據(jù)多孔導(dǎo)電材料所需的孔隙率和孔徑來(lái)確定此多孔材料的孔隙率和孔徑(孔的最小直徑)，該材料應(yīng)用于由此多孔材料形成的骨架的表面上，并包含碳基材料作為主要成分。通常，此多孔材料的孔徑是IOnm至1_，并典型地是IOnm至600μιη。另一方面，至于覆蓋骨架表面的材料，必需使用具有電導(dǎo)率且在假定的工作電勢(shì)下是穩(wěn)定的材料。至于上述材料，這里，使用包含碳基材料作為主要成分的材料。通常，碳基材料具有較寬的電勢(shì)窗，并且，它們大部分都是化學(xué)穩(wěn)定的。具體地，包含作碳基材料為主要成分的材料包括僅由碳基材料形成的材料，以及包含碳基材料作為主要成分且包含非常少量的輔助材料的材料，根據(jù)多孔導(dǎo)電材料所需的特性等來(lái)選擇該輔助材料。后一種材料的具體實(shí)例包括，具有通過(guò)向碳基材料中添加高導(dǎo)電性材料(例如，金屬)而改進(jìn)的電導(dǎo)率的材料，和通過(guò)例如向碳基材料中添加聚四氟乙烯基材料以提供表面防水性而提供除了導(dǎo)電性以外的功能的材料。存在各種類型的碳基材料。然而，可以使用任何碳基材料。不僅可以使用碳單質(zhì)，而且可以使用與其它元素混合的碳。特別地，優(yōu)選的是，此碳基材料是具有高電導(dǎo)率和高表面積的細(xì)粉碳材料。至于此碳基材料，具體地，例如，可使用提供有高電導(dǎo)率的材料，例如ΚΒ(科琴黑)，以及功能碳材料，例如，碳納米管和富勒烯。至于包含碳基材料作為主要成分的材料的涂覆方法，可以使用任何涂覆方法，只要必要時(shí)可通過(guò)例如使用適當(dāng)?shù)恼澈蟿瑏?lái)涂覆由多孔材料形成的骨架的表面。以這樣的方式選擇多孔導(dǎo)電材料的孔徑大小，使得包含基質(zhì)等的溶液可通過(guò)孔進(jìn)入和出去且通常是9nm至1mm，1μm至1mm，或1至600μm。在由多孔材料形成的骨架的表面的至少一部分用包含碳基材料作為主要成分的材料覆蓋的狀態(tài)中，或在由多孔材料形成的骨架的表面的至少一部分用包含碳基材料作為主要成分的材料涂覆的狀態(tài)中，希望所有孔彼此相通，或者，防止以包含碳基材料作為主要成分的材料堵塞的出現(xiàn)。11必要時(shí)，選擇此燃料電池的整個(gè)構(gòu)造。例如，在使用硬幣型或鈕扣型構(gòu)造的情況中，有利的是，將正極、電解質(zhì)和負(fù)極保持在形成于正極集電體與負(fù)極集電體之間的空間的內(nèi)部，正極集電體具有能夠通過(guò)氧化劑的結(jié)構(gòu)，負(fù)極集電體具有能夠通過(guò)燃料的結(jié)構(gòu)。在此情況中，典型地，通過(guò)將正極集電體和負(fù)極集電體(在其之間具有絕緣密封件)中的一個(gè)的邊緣相對(duì)于正極集電體和負(fù)極集電體中的另一個(gè)鍛造(鍛壓，swaging)，來(lái)形成容納正極、電解質(zhì)和負(fù)極的空間，雖然不限于此。必要時(shí)，可以通過(guò)其它加工方法來(lái)形成此空間。通過(guò)絕緣密封件將正極集電體和負(fù)極集電體彼此電絕緣。至于此絕緣密封件，典型地，使用由各種彈性體形成的墊圈，例如，硅橡膠，雖然不限于此。必要時(shí)，可選擇這些正極集電體和負(fù)極集電體的二維形狀，并且例如是圓形、橢圓形、四角形、六角形等。典型地，正極集電體具有至少一個(gè)氧化劑供給孔，而負(fù)極集電體具有至少一個(gè)燃料供給孔，雖然并非必需限制于此。例如，通過(guò)使用能夠透過(guò)氧化劑的正極集電體材料，可以不設(shè)置氧化劑供給孔，并且，通過(guò)使用能夠透過(guò)燃料的負(fù)極集電體材料，可以不設(shè)置燃料供給孔。負(fù)極集電體典型地具有燃料保持部。可以將此燃料保持部與負(fù)極集電體整體設(shè)置，或?qū)⑵湟赃@樣的方式設(shè)置，以便與負(fù)極集電體容易地連接和分離。典型地，燃料保持部具有用于氣密地密封的蓋子。在此情況中，通過(guò)移除蓋子，可將燃料注入燃料保持部中。不使用用于氣密地密封的蓋子，可以將燃料從燃料保持部的側(cè)面等注入。在將燃料保持部以這樣的方式設(shè)置以便與負(fù)極集電體容易地連接和分離的情況中，例如，預(yù)先填充有燃料的燃料箱、燃料元件等，可以連接作為燃料保持部。這些燃料箱和燃料元件可以是一次性類型的。然而，優(yōu)選的是，從促進(jìn)資源的有效利用的觀點(diǎn)來(lái)看，可在其中填充燃料。此外，用過(guò)的燃料箱或燃料元件可以與填充有燃料的燃料箱或燃料元件交換。此外，通過(guò)例如將燃料保持部形成為具有燃料供給孔和排出孔的氣密地密封的容器的形狀并將燃料從外部通過(guò)此供給孔連續(xù)地供給到氣密地密封的容器中，可連續(xù)地使用燃料電池。可替換地，可以不在燃料電池中設(shè)置燃料保持部，而是可以在使燃料電池漂浮在放入開(kāi)放系統(tǒng)的燃料箱中的燃料上、以使負(fù)極側(cè)向下而正極側(cè)向上的狀態(tài)下使用燃料電池。此燃料電池可以具有這樣的結(jié)構(gòu)將負(fù)極、電解質(zhì)、正極、以及具有能夠通過(guò)氧化劑的結(jié)構(gòu)的正極集電體順序地設(shè)置在預(yù)定的中心軸周圍，并且設(shè)置具有能夠通過(guò)燃料的結(jié)構(gòu)的負(fù)極集電體，同時(shí)電連接至負(fù)極。在此燃料電池中，負(fù)極可以以具有圓形、橢圓形、多角形等的橫截面形狀的筒形狀，或者以具有圓形、橢圓形、多角形等的橫截面形狀的柱形狀。在負(fù)極以筒形狀的情況中，可以將負(fù)極集電體設(shè)置在，例如，負(fù)極的內(nèi)周面?zhèn)壬?，設(shè)置在負(fù)極與電解質(zhì)之間，設(shè)置在負(fù)極的至少一個(gè)端面處，或另外設(shè)置在其至少兩個(gè)上?？商鎿Q地，可以將負(fù)極構(gòu)造為能夠保持燃料，例如，負(fù)極可以由多孔材料形成，并且，產(chǎn)生的負(fù)極可以兼作燃料保持部。可替換地，可以將柱狀燃料保持部設(shè)置在預(yù)定的中心軸上。例如，在將負(fù)極集電體設(shè)置在負(fù)極的內(nèi)周面?zhèn)壬系那闆r中，此燃料保持部可以是被負(fù)極集電體包圍的本身的空間，或者可以是設(shè)置于與負(fù)極集電體分開(kāi)的此空間中的容器，例如，燃料箱或燃料元件?？梢匀菀椎剡B接并分離容器，或固定容器。例如，燃料保持部以圓柱體的形狀，以橢圓柱的形狀，或以多角形柱的形狀，例如，四角形或六角形，雖然不限于此。可以以這樣的方式將電解質(zhì)形成為袋形容器的形狀，以便包封整個(gè)負(fù)極和負(fù)極集電體。因此，在用燃料填充燃料保持部的情況中，此燃料可與整個(gè)負(fù)極接觸。在此容器的正極與負(fù)極之間的至少一部分可以由電解質(zhì)形成，而其它部分可以由與此電解質(zhì)不同的材料形成。通過(guò)將此容器制成具有燃料供給孔和排出孔的氣密地密封的容器并將燃料從外部通過(guò)此供給孔連續(xù)地供給到容器中，可連續(xù)地使用燃料電池。關(guān)于負(fù)極，優(yōu)選的是，孔隙率大，并且，例如，優(yōu)選的是，孔隙率是60%或更大，使得可將燃料足夠有利地儲(chǔ)存在內(nèi)部。也可用片狀電極(顆粒電極，pelletelectrode)作正極和負(fù)極。通過(guò)例如用瑪瑙研缽將碳基材料(特別地，具有高電導(dǎo)率和高表面積的細(xì)粉碳材料是優(yōu)選的)，具體地，例如，提供有高電導(dǎo)率的材料，例如，KB(科琴黑)，功能碳材料，例如，碳納米管或富勒烯等必要時(shí)與粘合劑例如聚偏二氟乙烯、上述酶的粉末(或酶溶液)、輔酶的粉末(或輔酶溶液)、電子介體的粉末(或電子介體溶液)、和用于固定的聚合物粉末(或聚合物溶液)等進(jìn)行混合，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行干燥，并將產(chǎn)生的混合物壓成預(yù)定形狀，可形成此片狀電極。必要時(shí)，確定此片狀電極的厚度(電極厚度)，并且，作為一個(gè)實(shí)例，是大約50μm。例如，在生產(chǎn)硬幣型燃料電池的情況中，通過(guò)用壓片機(jī)(tabletproducingmachine)將上述用于形成片狀電極的材料壓成圓形的形狀(直徑的一個(gè)實(shí)例是15mm，雖然該直徑不限于此，而在必要時(shí)進(jìn)行確定)，可形成片狀電極。在形成此片狀電極的情況中，為了獲得所需的電極厚度，例如，控制構(gòu)成用于形成片狀電極的材料的碳的量、壓制壓力等。在將正極或負(fù)極插入硬幣型電池殼的情況中，例如，優(yōu)選的是，在這些正極或負(fù)極與電池殼之間插入金屬網(wǎng)隔離片，以便確保其之間的電接觸。至于用于生產(chǎn)片狀電極的方法，除了上述方法以外，例如，可以將碳基材料，必要時(shí)的粘合劑和酶固定成分(酶、輔酶、電子介體、聚合物等)的混合溶液(含水或有機(jī)溶劑混合溶液)適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于集電體等，可以進(jìn)行干燥，可以壓制整體，之后，可以進(jìn)行切成期望的電極大小。此燃料電池可用于通常需要電功率(不管大小如何)的所有那些裝置中，并用于，例如，電子設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備(機(jī)動(dòng)車、二輪車、航空器、火箭、宇宙飛船等)、供電裝置、建筑機(jī)械、機(jī)床、發(fā)電系統(tǒng)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等?；谑褂玫龋_定輸出、大小、形狀、燃料類型等。第三發(fā)明是一種電子設(shè)備，包括至少一個(gè)燃料電池，其中，至少一個(gè)燃料電池具有正極和負(fù)極通過(guò)其間的質(zhì)子導(dǎo)體而相對(duì)的結(jié)構(gòu)并被構(gòu)造為通過(guò)使用酶和輔酶從燃料中取出電子，并且將至少一種類型的上述酶和至少一種類型的上述輔酶封入脂質(zhì)體中。此電子設(shè)備可以具有任何類型，并且，基本上包括便攜型和固定型兩種。具體實(shí)例包括便攜式電話、移動(dòng)裝置(個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等)、機(jī)器人、個(gè)人計(jì)算機(jī)(包括桌上型和筆記本型)、游戲機(jī)、內(nèi)置照相機(jī)的VTR(磁帶錄像機(jī))、車載裝置、家庭用具、以及工業(yè)產(chǎn)品。在不削弱其特征的范圍內(nèi)，與第一和第二發(fā)明相關(guān)的說(shuō)明適用于第三發(fā)明。第四發(fā)明是—種酶固定電極，其中，固定了封入有至少一種類型的酶和至少一種類型的輔酶的脂質(zhì)體。在不削弱其特征的范圍內(nèi)，與第一和第二發(fā)明相關(guān)的說(shuō)明適用于第四發(fā)明。第五發(fā)明是一種生物傳感器，其中，使用酶和輔酶，并且將至少一種類型的酶和至少一種類型的輔酶封入脂質(zhì)體中。第六發(fā)明是一種生物反應(yīng)器，其中，使用酶和輔酶，并且將至少一種類型的酶和至少一種類型的輔酶封入脂質(zhì)體中。第七發(fā)明是一種能量轉(zhuǎn)換元件，其中，使用封入了至少一種類型的酶和至少一種類型的輔酶的脂質(zhì)體。這里，此能量轉(zhuǎn)換元件是通過(guò)酶反應(yīng)將燃料或基質(zhì)所持有的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的元件，并且，上述燃料電池，即，生物燃料電池，是一種類型的此能量轉(zhuǎn)換元件。第八發(fā)明是一種酶反應(yīng)利用裝置，其中，使用酶和輔酶，并且將至少一種類型的酶和至少一種類型的輔酶封入脂質(zhì)體中。此酶反應(yīng)利用裝置除了上述燃料電池(即，生物燃料電池)以外還包括生物傳感器(葡萄糖傳感器等)、生物反應(yīng)器等，并且，根據(jù)單獨(dú)的目的而使用的酶。除了上述以外，在不削弱其特征的范圍內(nèi)，與第一和第二發(fā)明相關(guān)的說(shuō)明適用于第五至第八發(fā)明。在具有上述構(gòu)造的本發(fā)明中，在保持高活性的同時(shí)，將在酶反應(yīng)中涉及的至少一種酶和至少一種輔酶封入脂質(zhì)體中。因此，脂質(zhì)體內(nèi)部的微小空間用作反應(yīng)場(chǎng)，并且，有效地實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，使得可有效地從燃料或基質(zhì)中取出電子。在此情況中，封入脂質(zhì)體內(nèi)部的酶和輔酶的濃度非常高，因此，酶和輔酶之間的相互距離非常小。因此，由于這些酶和輔酶所產(chǎn)生的催化劑循環(huán)以非常高的速度進(jìn)行，并且，酶反應(yīng)以高的速度進(jìn)行。然后，封入脂質(zhì)體內(nèi)部的酶或輔酶可通過(guò)將此脂質(zhì)體固定在負(fù)極或電極上而容易地固定在負(fù)極或電極(在其之間具有脂質(zhì)體)上，使得可將從燃料或基質(zhì)中取出的電子可靠地傳送動(dòng)至負(fù)極或電極。在此情況中，與通過(guò)聚離子絡(luò)合物等固定酶和輔酶的情況相比，可簡(jiǎn)單地進(jìn)行脂質(zhì)體的固定。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，可獲得高效率燃料電池，其中，在將在其中封入酶和輔酶的脂質(zhì)體內(nèi)部的微小空間用作反應(yīng)場(chǎng)的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，使得可有效地從燃料或基質(zhì)中取出電子，以產(chǎn)生電能，另外，可容易地進(jìn)行這些酶和輔酶在電極上的固定。此外，通過(guò)使用上述高效率燃料電池，可獲得高性能電子設(shè)備等。此外，可類似地獲得高效率生物傳感器、生物反應(yīng)器、能量轉(zhuǎn)換元件和酶反應(yīng)利用裝置。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的酶固定電極的示意圖。圖2是示出了在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的酶固定電極中使用的在其中封入酶和輔酶的脂質(zhì)體的示意圖。圖3是示意性地示出了由于封入根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的酶固定電極處的脂質(zhì)體中的酶組(酶基團(tuán)，enzymegroup)和輔酶而產(chǎn)生的電子傳遞反應(yīng)的示意圖。圖4是代替繪圖的照片，其示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的在其中封入熒光標(biāo)記的醇脫氫酶、熒光標(biāo)記的心肌黃酶和NADH的脂質(zhì)體的熒光顯微圖像。圖5是代替繪圖的照片，其示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的在其中封入熒光標(biāo)記的醇脫氫酶、熒光標(biāo)記的心肌黃酶和NADH的脂質(zhì)體的熒光顯微圖像。圖6是代替繪圖的照片，其示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的在其中封入熒光標(biāo)記的醇脫氫酶、熒光標(biāo)記的心肌黃酶和NADH的脂質(zhì)體的熒光顯微圖像。圖7是示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的在其中封入熒光標(biāo)記的醇脫氫酶、熒光標(biāo)記的心肌黃酶和NADH的脂質(zhì)體的熒光監(jiān)控結(jié)果的示意圖。圖8是示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的在其中封入熒光標(biāo)記的醇脫氫酶、熒光標(biāo)記的心肌黃酶和NADH的脂質(zhì)體的熒光監(jiān)控結(jié)果的示意圖。圖9是示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的在其中封入熒光標(biāo)記的醇脫氫酶、熒光標(biāo)記的心肌黃酶和NADH的脂質(zhì)體的熒光監(jiān)控結(jié)果的示意圖。圖10是用于說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的脂質(zhì)體的穩(wěn)定性的示意圖。圖11是示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中在預(yù)定溶液中分散其中封入醇脫氫酶、心肌黃酶和NADH的脂質(zhì)體的情況下，以及在預(yù)定溶液中簡(jiǎn)單地分散醇脫氫酶、心肌黃酶和NADH的情況下進(jìn)行的計(jì)時(shí)電流法的結(jié)果的示意圖。圖12是示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中在緩沖溶液中分散其中封入醇脫氫酶、心肌黃酶和NADH的脂質(zhì)體的狀態(tài)的示意圖。圖13是示出了在本發(fā)明一個(gè)的實(shí)施例中在緩沖溶液中簡(jiǎn)單地分散醇脫氫酶、心肌黃酶和NADH的狀態(tài)的示意圖。圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的酶固定電極的示意圖。圖15是示出了用于根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的酶固定電極中的其中封入酶和輔酶且加入有運(yùn)載蛋白的脂質(zhì)體的示意圖。圖16是示意性地示出了由于封入根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的酶固定電極處的脂質(zhì)體中的酶組和輔酶而產(chǎn)生的電子傳遞反應(yīng)的示意圖。圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的生物燃料電池的示意圖。圖18是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的生物燃料電池的負(fù)極的詳細(xì)構(gòu)造、封入固定在此負(fù)極上的脂質(zhì)體中的酶組和輔酶的實(shí)例、以及由于酶組和輔酶而產(chǎn)生的電子傳遞反應(yīng)的示意圖。圖19是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的生物燃料電池的具體構(gòu)造實(shí)例的示意圖。圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的生物燃料電池的頂視圖、剖視圖和底15視圖。圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的生物燃料電池的分解透視圖。圖22是用于說(shuō)明制造根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的生物燃料電池的方法的示意圖。圖23是用于說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的生物燃料電池的方法的第一實(shí)例的示意圖。圖M是用于說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的生物燃料電池的方法的第二實(shí)例的示意圖。圖25是用于說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的生物燃料電池的方法的第三實(shí)例的示意圖。圖沈是示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的生物燃料電池和使用生物燃料電池的方法的示意圖。圖27是示出了根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的生物燃料電池的前視圖和縱向剖視圖。圖觀是示出了根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的生物燃料電池的分解透視圖。圖四是用于說(shuō)明多孔導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的示意圖和剖視圖，多孔導(dǎo)電材料用作用于根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式的生物燃料電池中的負(fù)極的電極材料。圖30是用于說(shuō)明制造多孔導(dǎo)電材料的方法的示意圖，多孔導(dǎo)電材料用作用于根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式的生物燃料電池中的負(fù)極的電極材料。圖31是示出了根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施方式的生物反應(yīng)器的示意圖。具體實(shí)施方式下面將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式。在實(shí)施方式的所有附圖中，用相同的參考數(shù)字表示相同或相應(yīng)的元件。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的酶固定電極。如圖1所示，在此酶固定電極中，通過(guò)物理吸附等將由磷脂等的脂質(zhì)雙層形成的脂質(zhì)體12固定在由多孔碳等形成的電極11的表面上。將在期望的酶反應(yīng)中涉及的至少一種類型的酶和至少一種類型的輔酶封入此脂質(zhì)體12內(nèi)部的水相中。圖2示出了此脂質(zhì)體12的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。在圖2中，將兩種類型的酶13和14以及一種類型的輔酶15封入脂質(zhì)體12內(nèi)部的水相1中，雖然不限于此，并且可適當(dāng)?shù)剡x擇所封入的酶和輔酶的類型。例如，酶13是促進(jìn)燃料的氧化以進(jìn)行分解的氧化酶。酶14是使隨著燃料的氧化而還原的輔酶15返回至氧化形式并且通過(guò)電子介體將電子傳送至電極11的輔酶氧化酶。除了這些酶13和14以及輔酶15以外，例如，可以將電子介體封入此脂質(zhì)體12內(nèi)部的水相1中?？梢詫⒋穗娮咏轶w與脂質(zhì)體12—起固定在電極11上。通過(guò)例如制造在其中封入酶13和14以及輔酶15的脂質(zhì)體12，然后將產(chǎn)生的脂質(zhì)體12固定在電極11上，可制造此酶固定電極。更具體地，例如，分別制備包含酶13的緩沖溶液、包含酶14的緩沖溶液、包含輔酶15的緩沖溶液、以及包含脂質(zhì)體12(酶13和14以及輔酶15未封入內(nèi)部)的緩沖溶液，混合這些緩沖溶液，然后，通過(guò)例如使產(chǎn)生的混合溶液通過(guò)凝膠過(guò)濾柱，去除脂質(zhì)體12外部的酶13和14以及輔酶15。圖3示意性示出了由于此酶固定電極處的酶、輔酶和電子介體而產(chǎn)生的電子傳遞反應(yīng)的一個(gè)實(shí)例。在此實(shí)例中，在乙醇(EtOH)的分解中涉及的酶是醇脫氫酶(ADH),輔酶(與乙醇的分解過(guò)程中的氧化反應(yīng)一起產(chǎn)生還原形式)是NAD+，并且，氧化NADH(其是輔酶的還原形式)的輔酶氧化酶的是心肌黃酶(DI)。電子介體從輔酶氧化酶接收與輔酶的氧化一起產(chǎn)生的電子，并使電子傳送至電極11。在此情況中，乙醇通過(guò)構(gòu)成脂質(zhì)體12的脂質(zhì)雙層，并進(jìn)入脂質(zhì)體12的內(nèi)部。用醇脫氫酶通過(guò)此乙醇的分解來(lái)產(chǎn)生乙醛，并且，產(chǎn)生的乙醛離開(kāi)至脂質(zhì)體12的外部。電子介體進(jìn)入并離開(kāi)構(gòu)成脂質(zhì)體12的脂質(zhì)雙層，以傳送電子。將描述一個(gè)實(shí)施例。通過(guò)稱量5mg的心肌黃酶(DI)(EC1.8.1.4，由AmanoEnzymeInc.制造)，并將DI溶解在ImL的緩沖溶液(IOmM磷酸鹽緩沖溶液，pH7)中，來(lái)制備DI酶緩沖溶液⑴。通過(guò)稱量5mg的醇心肌黃酶(ADH)(NAD依賴型，EC1.1.1.1,由AmanoEnzymeInc.制造)，并將ADH溶解在ImL的緩沖溶液(IOmM磷酸鹽緩沖溶液，pH7)中，來(lái)制備ADH酶緩沖溶液(2)。優(yōu)選的是，在冷藏中保持溶解酶的上述緩沖溶液，直到就在使用之前為止，并且，優(yōu)選的是，也盡可能地在冷藏中保持酶緩沖溶液。通過(guò)稱量;35mg的NADH(N-8129，由&gma_AldrichCorporation制造)，并將NADH溶解在ImL的緩沖溶液(IOmM磷酸鹽緩沖溶液，pH7)中，來(lái)制備NADH緩沖溶液⑶。通過(guò)稱量15至300mg的2，3-二甲氧基-5-甲基-1，4-苯醌(QO)，并將QO溶解在ImL的緩沖溶液(IOmM磷酸鹽緩沖溶液，pH7)中，來(lái)制備QO緩沖溶液(4)。通過(guò)稱量IOOmg的蛋黃卵磷脂(由Wako制造)，并將蛋黃卵磷脂溶解在IOmL的緩沖溶液(IOmM磷酸鹽緩沖溶液，pH7)中，來(lái)制備脂質(zhì)體緩沖溶液(5)。采用并混合如上所述制備的以下量的各種溶液，并且，重復(fù)冷凍和解凍三次。DI酶緩沖溶液(1)50μ1ADH酶緩沖溶液(2)50μLNADH緩沖溶液(3)50μL脂質(zhì)體緩沖溶液(5)50uL使上述混合的溶液通過(guò)凝膠過(guò)濾柱，因此，去除脂質(zhì)體外部的酶和NADH。假設(shè)這里獲得的脂質(zhì)體溶液是封入ADH、DI和NADH的脂質(zhì)體溶液(6)。圖4、圖5和圖6是在其中封入用花青著色劑Cy2熒光標(biāo)記的ADH、用花青著色劑Cy3熒光標(biāo)記的DI和NADH的脂質(zhì)體的熒光顯微照片。在圖4、圖5和圖6中，Ex(激發(fā))表示具有在:Ex右邊描述的波長(zhǎng)的激發(fā)光，DM(分色鏡(Dichroicmirror))表示將激發(fā)光與熒光分開(kāi)并且僅傳播具有比在DM右邊描述的波長(zhǎng)更大的波長(zhǎng)的光的鏡子，以及BA(阻擋濾光片(Barrierfilter))表示將熒光與散射光分開(kāi)并且傳播具有大于或等于在BA右邊描述的波長(zhǎng)的光的濾光片。在此熒光顯微鏡中，用激發(fā)光激發(fā)著色劑，并且，從那里產(chǎn)生的光順序地通過(guò)DM和BA，以去除不必要的光，并且，僅檢測(cè)來(lái)自著色劑的熒光。圖4示出了ADH的分布，其中，通過(guò)用具有450至490nm波長(zhǎng)的激發(fā)光激發(fā)17Cy2，產(chǎn)生熒光。圖5示出了DI的分布，其中，通過(guò)用具有510至560nm波長(zhǎng)的激發(fā)光激發(fā)Cy3，產(chǎn)生熒光。圖6示出了NADH的分布，其中，通過(guò)用具有380至420nm波長(zhǎng)的激發(fā)光激發(fā)NADPi，產(chǎn)生熒光。根據(jù)圖4、圖5和圖6，脂質(zhì)體的平均直徑是4.6μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差是2.0μm。在這點(diǎn)上，通過(guò)測(cè)量圖4、圖5和圖6中的30個(gè)脂質(zhì)體的直徑并取它們的平均值，來(lái)確定脂質(zhì)體的平均直徑。圖7、圖8和圖9是示出了在其中封入用Cy2熒光標(biāo)記的ADH、用Cy3熒光標(biāo)記的DI以及NADH的脂質(zhì)體的熒光監(jiān)控結(jié)果的圖表。圖7表示來(lái)自用Cy2熒光標(biāo)記的ADH的熒光的強(qiáng)度。圖8表示來(lái)自用Cy3熒光標(biāo)記的DI的熒光的強(qiáng)度。圖9表示來(lái)自NADH的熒光的強(qiáng)度。在圖7、圖8和圖9中，Em(發(fā)射(Emission))表示當(dāng)用激發(fā)光Ex激發(fā)著色劑時(shí)所發(fā)射的并具有在Em右邊描述的波長(zhǎng)的光，并且，在Ex的波長(zhǎng)和Em的波長(zhǎng)右邊的括號(hào)中的數(shù)值是半寬度(半峰全寬)。如從圖7、圖8和圖9中顯而易見(jiàn)的，熒光強(qiáng)度不變化，直到乙醇濃度在每種情況中都達(dá)到IOOmM為止。也就是說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是，脂質(zhì)體是穩(wěn)定的，并且，將ADH、DI和NADH可靠地封入脂質(zhì)體的內(nèi)部，至少直到具有IOOmM的乙醇濃度。此外，當(dāng)添加0.3%的用作表面活性劑的TritonX時(shí)，熒光強(qiáng)度增加。這表示，用0.3%的TritonX破壞了脂質(zhì)體，并且，將內(nèi)部的ADH、DI和NADH釋放至脂質(zhì)體的外部，使得熒光強(qiáng)度增加。作為一個(gè)實(shí)例，圖10中示出了此時(shí)的NADH的狀態(tài)。如圖10所示，在將NADH封入脂質(zhì)體的內(nèi)部的狀態(tài)中，由于NADH而產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度較低，但是，當(dāng)破壞脂質(zhì)體并將封入內(nèi)部的NADH釋放至脂質(zhì)體的外部時(shí)，由于NADH而產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度增加。將由此獲得的封入ADH、DI和NADH的脂質(zhì)體溶液(6)和QO緩沖溶液⑷混合，以制備總體積為100μL的測(cè)量溶液，用碳?xì)肿鳛楣ぷ麟姌O，將電勢(shì)設(shè)置為0.3V，相對(duì)于參考電極AgIAgCl來(lái)說(shuō)，其比電子介體的氧化還原電勢(shì)足夠高，并且，在攪動(dòng)溶液的同時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)電流法。在計(jì)時(shí)電流法的過(guò)程中，將那些(其中，以這樣的方式添加乙醇，使得最終濃度變成1、10和IOOmM)順序地添加到測(cè)量溶液中。圖11中的曲線(a)表示計(jì)時(shí)電流法的結(jié)果，其中，如上所述，將乙醇添加到上述包含封入的ADH、DI和NADH的脂質(zhì)體的測(cè)量溶液中。如從此曲線(a)中顯而易見(jiàn)的，在將ADH、DI和NADH封入脂質(zhì)體中的情況中，觀察到從乙醇產(chǎn)生的催化劑電流，并且，催化劑電流隨著乙醇濃度的增加而增加。也就是說(shuō)，觀察到基于封入ADH、DI和NADH的脂質(zhì)體(其是人造電池)的電化學(xué)催化劑活性。另一方面，關(guān)于將與脂質(zhì)體中封入ADH、DI和NADH的情況中的量相同量的ADH、DI和NADH沒(méi)有封入脂質(zhì)體中，而是簡(jiǎn)單地分散在QO緩沖溶液中的情況，以與上述方式相似的方式進(jìn)行計(jì)時(shí)電流法。圖11中的曲線(b)表示其結(jié)果。如從此曲線(b)中顯而易見(jiàn)的，在沒(méi)有將ADH、DI和NADH封入脂質(zhì)體中，而是簡(jiǎn)單地分散在QO緩沖溶液中的情況中，很難觀察到從乙醇產(chǎn)生的催化劑電流。例如，如果在乙醇濃度是IOOmM的情況中進(jìn)行比較，那么，當(dāng)沒(méi)有將ADH、DI和NADH封入脂質(zhì)體中，而是簡(jiǎn)單地分散在QO緩沖溶液(4)中時(shí)獲得的催化劑電流，是將ADH、DI和NADH封入脂質(zhì)體中時(shí)獲得的催化劑電流的大約1/30的程度。因此，顯而易見(jiàn)的，在將ADH、DI和NADH封入脂質(zhì)體中的情況中，可獲得比沒(méi)有封入其的情況中的催化劑電流高得多的催化劑電流。將描述，如上所述，在將ADH、DI和NADH封入脂質(zhì)體中的情況中獲得的催化劑電流比在沒(méi)有封入其的情況中的催化劑電流高得多的原因。如圖12所示，考慮這樣的情況將在其中封入ADH(用設(shè)置有水平線的〇表示)、DI(用設(shè)置有垂直線的〇表示)和NADH(用開(kāi)圓〇表示)的脂質(zhì)體12在緩沖溶液S中布置成正方形的格狀圖案。另一方面，如圖13所示，考慮這樣的情況以與圖12所示相同的量將ADH(用設(shè)置有水平線的〇表示)、DI(用設(shè)置有垂直線的〇表示)和NADH(用開(kāi)圓〇表示)在具有與圖12所示相同體積的緩沖溶液S中布置成六角形格狀圖案。緩沖溶液S的體積是，例如，IOOuL,并且，脂質(zhì)體12內(nèi)部的體積是，例如，大約0.17μL。在這點(diǎn)上，在緩沖溶液S中存在5.5Χ10_3μιηΟ1的構(gòu)成脂質(zhì)體12的脂質(zhì)雙層的磷脂，并且，脂質(zhì)體12內(nèi)部的總體積是30μ7μιηΟ1，以每微摩爾脂質(zhì)體的體積為單位。如圖12所示，在將這些ADH、DI和NADH封入脂質(zhì)體12中的情況中，ADH、DI和NADH的局部濃度高于如圖13所示將ADH、DI和NADH簡(jiǎn)單地分散在緩沖溶液S中的情況中ADH、DI和NADH濃度的大約600倍。也就是說(shuō)，將ADH、DI和NADH封入脂質(zhì)體12中，由此，可顯著增加這些ADH、DI和NADH的濃度，并可顯著減小這些ADH、DI和NADH之間的相互距離。因此，由于ADH、DI和NADH而產(chǎn)生的催化劑循環(huán)在脂質(zhì)體12中以非常高的速度進(jìn)行，使得獲得如圖11所示的結(jié)果。如上所述，根據(jù)此第一實(shí)施方式，將酶反應(yīng)所需的酶和輔酶封入脂質(zhì)體12的內(nèi)部中，并且，將此脂質(zhì)體12固定在電極11上。因此，在脂質(zhì)體12的內(nèi)部中的微小空間用作反應(yīng)場(chǎng)的同時(shí)，可有效地實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，使得可有效地從基質(zhì)中取出電子，并將電子傳送至電極11。另外，與用聚離子絡(luò)合物等將酶等直接固定在電極11上的情況相比，可容易地進(jìn)行固定。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的酶固定電極。如圖14所示，在此酶固定電極中，與在第一實(shí)施方式中相同，通過(guò)物理吸附等將脂質(zhì)體12固定在電極11上。將在期望的酶反應(yīng)中所涉及的至少一種類型的酶和至少一種類型的輔酶封入此脂質(zhì)體12的內(nèi)部中的水相中。另外，在構(gòu)成此脂質(zhì)體12的脂質(zhì)雙層中加入運(yùn)載蛋白16。圖15示出了此脂質(zhì)體12的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。運(yùn)載蛋白16用來(lái)，在無(wú)法容易地使此基質(zhì)通過(guò)構(gòu)成脂質(zhì)體12的脂質(zhì)雙層進(jìn)入內(nèi)部的情況中，輸送酶反應(yīng)的基質(zhì)，并且，使用根據(jù)基質(zhì)而適當(dāng)?shù)剡x擇的材料。例如，在基質(zhì)是葡萄糖的情況中，用葡萄糖運(yùn)載蛋白作為運(yùn)載蛋白16。除了上述那些以外，此酶固定電極與第一實(shí)施方式中的酶固定電極相同。圖16示意性地示出了由于此酶固定電極處的酶、輔酶和電子介體而產(chǎn)生的電子傳遞反應(yīng)的一個(gè)實(shí)例。在此實(shí)例中，加入脂質(zhì)體12中的運(yùn)載蛋白16是葡萄糖運(yùn)載蛋白，在葡萄糖的分解中涉及的酶是葡萄糖脫氫酶(GDH)，輔酶(其中，與葡萄糖的分解過(guò)程中的氧化反應(yīng)一起產(chǎn)生還原形式)是NAD+，并且，氧化NADH(其是輔酶的還原形式)的輔酶氧化酶的是心肌黃酶(DI)。電子介體從輔酶氧化酶接收與輔酶的氧化一起產(chǎn)生的電子，并將電子傳送至電極11。根據(jù)第二實(shí)施方式，可獲得與第一實(shí)施方式中的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式。在此第三實(shí)施方式中，用根據(jù)第二實(shí)施方式的酶固定電極作為生物燃料電池的負(fù)極。19圖17示意性地示出了此生物燃料電池。在此生物燃料電池中，用葡萄糖作為燃料。圖18示意性地示出了此生物燃料電池的負(fù)極的詳細(xì)構(gòu)造、封入固定在此負(fù)極上的脂質(zhì)體12中的酶組和輔酶的實(shí)例、以及由于酶組和輔酶而產(chǎn)生的電子傳遞反應(yīng)。如圖17和圖18所示，此生物燃料電池具有負(fù)極21和正極22通過(guò)其間的電解質(zhì)層23而相對(duì)的結(jié)構(gòu)。負(fù)極21用酶分解作為燃料供給的葡萄糖，以取出電子，另外，產(chǎn)生質(zhì)子(H+)。正極22用從負(fù)極21通過(guò)電解質(zhì)層23輸送的質(zhì)子、從負(fù)極21通過(guò)外部電路傳送的電子、以及例如空氣中的氧，來(lái)產(chǎn)生水。負(fù)極21具有這樣的構(gòu)造將在其中封入在葡萄糖分解中涉及的酶、其中與葡萄糖分解過(guò)程中的氧化反應(yīng)一起產(chǎn)生還原形式的輔酶(例如，NAD+)和氧化輔酶的還原形式(例如，NADH)的輔酶氧化酶(例如，心肌黃酶(DI))的脂質(zhì)體12固定在電極11上(參照?qǐng)D18)，電極11由例如多孔碳形成，除此之外，必要時(shí)，將從輔酶氧化酶接收與輔酶的氧化一起產(chǎn)生的電子并將電子傳送至電極11的電子介體(例如，ACNQ)以與根據(jù)第二實(shí)施方式的酶固定電極相似的方式固定。將用作運(yùn)載蛋白16的葡萄糖運(yùn)載蛋白加入構(gòu)成脂質(zhì)體12的脂質(zhì)雙層中，雖然未在附18中示出。至于在葡萄糖分解中涉及的酶，例如，可使用葡萄糖脫氫酶(GDH)，優(yōu)選地可使用NAD依賴性葡萄糖脫氫酶。例如，在存在此氧化酶的情況下，可將β-D-葡萄糖氧化成D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯。此外，在存在兩種酶(葡糖酸激酶和磷酸葡糖酸脫氫酶(PhGDH))的情況下，可將產(chǎn)生的D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯分解成2-酮-6-磷-D-葡萄糖酸鹽。也就是說(shuō)，通過(guò)水解將D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯轉(zhuǎn)換成D-葡萄糖酸鹽。在存在葡糖酸激酶的情況下，D-葡萄糖酸鹽將三磷酸腺苷(ATP)水解成二磷酸腺苷(ADP)和磷酸，因此，通過(guò)磷酸化作用將其轉(zhuǎn)換成6-磷-D-葡萄糖酸鹽。通過(guò)氧化酶PhGDH的作用，將產(chǎn)生的6-磷-D-葡萄糖酸鹽氧化成2-酮-6-磷-D-葡萄糖酸鹽。此外，除了上述分解過(guò)程以外，還可通過(guò)葡萄糖新陳代謝的使用，將葡萄糖分解成C02。將通過(guò)使用葡萄糖新陳代謝的此分解過(guò)程粗略地分成通過(guò)糖酵解途徑和TCA循環(huán)的葡萄糖分解和丙酮酸產(chǎn)生。這些是眾所周知的反應(yīng)系統(tǒng)。與輔酶的還原反應(yīng)一起，實(shí)現(xiàn)單糖的分解過(guò)程中的氧化反應(yīng)。對(duì)于輔酶作用于其上的酶來(lái)說(shuō)，此輔酶是幾乎特定的。至于GDPi，用NAD+作為輔酶。也就是說(shuō)，當(dāng)通過(guò)GDH的作用將β-D-葡萄糖氧化成D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯時(shí)，將NAD+還原成NADH,以產(chǎn)生H+。在存在心肌黃酶(DI)的情況下，將產(chǎn)生的NADH立即氧化成NAD+，以產(chǎn)生兩個(gè)電子和H+。因此，在氧化反應(yīng)的一個(gè)階段中，每個(gè)葡萄糖分子產(chǎn)生兩個(gè)電子和兩個(gè)H+。在氧化反應(yīng)的兩個(gè)階段中，總共產(chǎn)生四個(gè)電子和四個(gè)H+。將通過(guò)上述過(guò)程產(chǎn)生的電子從心肌黃酶通過(guò)電子介體傳送至電極11，并且，將H+通過(guò)電解質(zhì)層23輸送至正極22。優(yōu)選的是，用包含在電解質(zhì)層23中的緩沖溶液(例如，磷酸鹽緩沖溶液或Tris緩沖溶液)將在其中封入上述酶和輔酶的脂質(zhì)體12和電子介體保持在對(duì)于酶來(lái)說(shuō)最佳的ρΗ,例如，大約7的pli，使得電極反應(yīng)有效且恒定地進(jìn)行。至于磷酸鹽緩沖溶液，例如，使用NaH2PO4*ΚΗ2Ρ04。此外，過(guò)高或過(guò)低的離子強(qiáng)度(I.S.)會(huì)不利地影響酶活性。還考慮到電化學(xué)反應(yīng)性，適當(dāng)?shù)碾x子強(qiáng)度，例如，大約0.3，是優(yōu)選的。然而，并不將pH和離子強(qiáng)度限制于上述值，因?yàn)?，?duì)于所使用的各種酶來(lái)說(shuō)，存在最佳值。作為一個(gè)實(shí)例，圖18示出了這樣的情況在葡萄糖分解中涉及的酶是葡萄糖脫氫酶(GDH)，其中與葡萄糖的分解過(guò)程中的氧化反應(yīng)一起產(chǎn)生還原形式的輔酶是NAD+,氧化NADH(其是輔酶的還原形式)的輔酶氧化酶的是心肌黃酶(DI)，并且，從輔酶氧化酶接收與輔酶的氧化一起產(chǎn)生的電子并將電子傳送至電極11的電子介體，是ACNQ。通過(guò)將分解氧的酶(例如，膽紅素氧化酶、漆酶或抗壞血酸鹽氧化酶)固定在多孔碳電極等上，來(lái)制備正極22。此正極22的外部(與電解質(zhì)層23相對(duì)的側(cè)的部分)通常由氣體擴(kuò)散層形成，氣體擴(kuò)散層由多孔碳構(gòu)成，雖然不限于此。有利的是，還將除了酶以外的電子介體固定在正極22上，以使電子在正極22與電子介體之間傳遞。關(guān)于此正極22，在存在上述分解氧的酶的情況下，用來(lái)自電解質(zhì)層23的H+和來(lái)自負(fù)極21的電子，在空氣中通過(guò)氧的還原，來(lái)產(chǎn)生水。電解質(zhì)層23將在負(fù)極21產(chǎn)生的H+輸送至正極22。電解質(zhì)層23不具有電子傳導(dǎo)性，并由能夠輸送H+的材料形成。至于電解質(zhì)層23，可使用上述材料，例如，玻璃紙。在由此形成的生物燃料電池中，當(dāng)對(duì)負(fù)極21側(cè)供給葡萄糖時(shí)，通過(guò)包含氧化酶的分解酶，分解此葡萄糖。由于在單糖的分解過(guò)程中涉及氧化酶，所以可在負(fù)極21側(cè)上產(chǎn)生電子和H+，并且，可在負(fù)極21與正極22之間產(chǎn)生電流。接著，將描述生物燃料電池的一個(gè)具體的結(jié)構(gòu)實(shí)例。如圖19A和圖19B所示，此生物燃料電池具有負(fù)極21和正極22通過(guò)其間的電解質(zhì)層23而相對(duì)的構(gòu)造。在此情況中，將Ti集電體41和42分別設(shè)置在正極22的下方和負(fù)極21的下方，以使得能夠容易地進(jìn)行集電。參考數(shù)字43和44表示夾板。用螺釘45將這些夾板43和44固定在一起，并且，在其之間夾入整個(gè)正極22、負(fù)極21、電解質(zhì)層23、以及Ti集電體41和42。將用于進(jìn)氣的圓形凹部43a設(shè)置在夾板43的一個(gè)表面(外表面)上。將穿透到另一表面中的許多孔43b設(shè)置在此凹部43a的底部中。這些孔43b用作對(duì)正極22供氣的通道。另一方面，將用于燃料供送的圓形凹部44a設(shè)置在夾板44的一個(gè)表面(外表面)上。將穿透到另一表面中的許多孔44b設(shè)置在此凹部Ma的底部中。這些孔44b用作對(duì)負(fù)極21供給燃料的通道。以這樣的方式在夾板44的另一表面的周邊部上設(shè)置隔離片46，使得，當(dāng)用螺釘45將夾板43和44固定在一起時(shí)，其之間的距離變成預(yù)定距離。如圖19B所示，在Ti集電體41和42之間連接負(fù)載47，將燃料(例如，其中葡萄糖溶解在磷酸鹽緩沖溶液中的葡萄糖溶液)放入夾板44的凹部Ma中，并且，進(jìn)行發(fā)電。根據(jù)此第三實(shí)施方式，將酶固定電極用作負(fù)極21，在酶固定電極中，將其中封入酶反應(yīng)所需要的酶組和輔酶并加入葡萄糖運(yùn)載蛋白用作運(yùn)載蛋白16的脂質(zhì)體12固定在電極11上。因此，在脂質(zhì)體12內(nèi)部的微小空間用作反應(yīng)場(chǎng)的同時(shí)，可有效地實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，使得可有效地從用作燃料的葡萄糖中取出電子，并使電子傳送至電極11。另外，與用聚離子絡(luò)合物等將酶等直接固定在電極11上的情況相比，可容易地進(jìn)行固定。由于用作負(fù)極21的酶固定電極表現(xiàn)出高效率，如上所述，所以可獲得高效率生物燃料電池。在這點(diǎn)上，為了增加生物燃料電池的輸出，需要從用作燃料的葡萄糖中取出多于兩個(gè)的電子。為此目的，必需使用這樣的酶固定電極，其中，將至少三種類型的酶固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，將其用作?fù)極21。通過(guò)將至少三種類型的酶封入脂質(zhì)體12的內(nèi)部中，可滿足這種需求。此外，通過(guò)包含許多種類型的在其中封入至少三種類型的相互不同的酶的脂質(zhì)體，對(duì)許多類型的燃料的響應(yīng)變得容易。然而，也可獲得這樣一種微生物燃料電池，在其中布置有負(fù)極脂質(zhì)體和正極脂質(zhì)體。接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的生物燃料電池。在此生物燃料電池中，用淀粉(其是多糖)作為燃料。此外，也將用作將淀粉分解成葡萄糖的分解酶的葡糖淀粉酶固定在負(fù)極21上，因?yàn)橛玫矸圩鳛槿剂稀＞唧w地，例如，將葡糖淀粉酶直接固定在電極11上，或者，例如，將用作錨形體的聚乙二醇鏈固定在脂質(zhì)體12上。在此生物燃料電池中，當(dāng)對(duì)負(fù)極21側(cè)供給用作燃料的淀粉時(shí)，通過(guò)葡糖淀粉酶將此淀粉水解成葡萄糖。此外，用葡萄糖運(yùn)載蛋白將產(chǎn)生的葡萄糖帶入脂質(zhì)體12的內(nèi)部，并用葡萄糖脫氫酶將其分解。與此分解過(guò)程中的氧化反應(yīng)一起，還原NAD+，以產(chǎn)生NADH,并且，用心肌黃酶氧化產(chǎn)生的NADPi，以將其分成兩個(gè)電子、NAD+和H+。因此，在氧化反應(yīng)的一個(gè)階段中，每個(gè)葡萄糖分子產(chǎn)生兩個(gè)電子和兩個(gè)H+。在氧化反應(yīng)的兩個(gè)階段中，總共產(chǎn)生四個(gè)電子和四個(gè)H+。將由此產(chǎn)生的電子傳送至負(fù)極21的電極11，并且，H+通過(guò)電解質(zhì)層23，移動(dòng)至正極22。關(guān)于正極22，產(chǎn)生的H+與從外部供給的氧和通過(guò)外部電路從負(fù)極21傳送的電子起反應(yīng)，以產(chǎn)生H20。除了上面描述的那些以外，此生物燃料電池與根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的生物燃料電池相同。根據(jù)此第四實(shí)施方式，可獲得與第三實(shí)施方式中的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于用淀粉作為燃料，所以可獲得這樣的優(yōu)點(diǎn)與用葡萄糖作為燃料的情況相比，可增加發(fā)電的量。接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的生物燃料電池。圖20A、圖20B和圖20C以及圖21示出了此生物燃料電池。圖20A、圖20B和圖20C是此生物燃料電池的頂視圖、剖視圖和底視圖，圖21是示出了此生物燃料電池的分解的各個(gè)部件的分解透視圖。如圖20A、圖20B和圖20C以及圖21所示，在此生物燃料電池中，將正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21容納在形成于正極集電體51與負(fù)極集電體52之間的空間的內(nèi)部，同時(shí)，其被正極集電體51和負(fù)極集電體52夾在頂部和底部之間。在正極集電體51、負(fù)極集電體52、正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21中，將彼此靠近的元件相互粘結(jié)。在此情況中，這些正極集電體51、負(fù)極集電體52、正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21具有圓形的二維形狀，類似地，此生物燃料電池的整體具有圓形的二維形狀。正極集電體51用來(lái)收集在正極22產(chǎn)生的電流，并且，將電流從此正極集電體51取出至外部。此外，負(fù)極集電體52用來(lái)收集在負(fù)極21產(chǎn)生的電流。通常，這些正極集電體51和負(fù)極集電體52由金屬、合金等形成，雖然不限于此。正極集電體51具有平的且?guī)缀鯃A柱形的形狀。類似地，負(fù)極集電體52具有平的且?guī)缀鯃A柱形的形狀。然后，通過(guò)將正極集電體51的外周部51a的邊緣相對(duì)于負(fù)極集電體52的外周部5鍛造，來(lái)形成容納正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21的空間，在所述兩個(gè)外周部之間具有由絕緣材料例如硅橡膠形成的環(huán)形墊圈5和環(huán)形疏水樹(shù)脂56b(例如，聚四氟乙烯(PTFE))。將疏水樹(shù)脂56b設(shè)置在被正極22、正極集電體51和墊圈5包圍的空間中，同時(shí)，粘結(jié)至這些正極22、正極集電體51和墊圈56a。通過(guò)此疏水樹(shù)脂56b，可有效地抑制燃料過(guò)分透過(guò)正極22側(cè)。電解質(zhì)層23的端部在正極22和負(fù)極21的外部延伸，并夾在墊圈5和疏水樹(shù)脂5之間。正極集電體51在其整個(gè)底部上具有多個(gè)氧化劑供給孔51b，并且，正極22在這些氧化劑供給孔51b的內(nèi)部暴露。在圖20C和圖21中，示出了13個(gè)圓形的氧化劑供給孔51b，雖然這只是一個(gè)實(shí)例。可適當(dāng)?shù)剡x擇氧化劑供給孔51b的所有數(shù)量、形狀、大小和布置。類似地，負(fù)極集電體52在其整個(gè)頂部上具有多個(gè)燃料供給孔52b，并且，負(fù)極21在這些燃料供給孔52b的內(nèi)部暴露。在圖21中，示出了9個(gè)圓形的燃料供給孔52b，雖然這只是一個(gè)實(shí)例。可適當(dāng)?shù)剡x擇燃料劑供給孔52b的所有數(shù)量、形狀、大小和布置。負(fù)極集電體52在與負(fù)極21相對(duì)的一側(cè)上具有圓筒形狀的燃料箱57。將此燃料箱57與負(fù)極集電體52整體地設(shè)置。將使用的燃料(未在圖中示出)，例如，葡萄糖溶液，在其中向葡萄糖溶液中進(jìn)一步添加電解質(zhì)的溶液等，放入燃料箱57中。將圓筒形狀的蓋子58可移開(kāi)地連接至此燃料箱57。例如，將此蓋子58裝配在燃料箱57中，或?qū)⑵渑c燃料箱57螺紋連接。在此蓋子58的中央部中設(shè)置圓形的燃料供給孔58a。通過(guò)例如粘附氣密密封件(雖然未在圖中示出)，來(lái)密封此燃料供給孔58a。在不削弱其特征的范圍內(nèi)，除了此生物燃料電池的上述那些構(gòu)造以外的構(gòu)造，與第三實(shí)施方式中的構(gòu)造相同。接著，將描述制造此生物燃料電池的方法的一個(gè)實(shí)例。在圖22A至圖22D中示出了此制造方法。如圖22A所示，一開(kāi)始，制備具有一個(gè)開(kāi)口端的圓筒形狀的正極集電體51。在此正極集電體51的整個(gè)底部上設(shè)置多個(gè)氧化劑供給孔51b。將環(huán)形疏水樹(shù)脂5放置在此正極集電體51的內(nèi)側(cè)底部的外部區(qū)域上，并且，將正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21順序地堆疊在此底部的中央部上。另一方面，如圖22B所示，制備圓筒形狀的負(fù)極集電體52，其具有一個(gè)開(kāi)口端并設(shè)置有在其上整體設(shè)置的燃料箱57。在負(fù)極集電體52的整個(gè)表面上設(shè)置多個(gè)燃料供給孔52b。將具有以字母U形狀的橫截面的墊圈5連接至負(fù)極集電體52的外周面的邊緣。然后，將此負(fù)極集電體52開(kāi)口側(cè)向下地放在負(fù)極21上，以便將正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21夾在正極集電體51與負(fù)極集電體52之間。隨后，如圖22C所示，將其中正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21夾在正極集電體51與負(fù)極集電體52之間的產(chǎn)生的單元放在鍛造機(jī)的工作臺(tái)61上。用擠壓件62擠壓負(fù)極集電體52，以便使正極集電體51、正極22、電解質(zhì)層23、負(fù)極21和負(fù)極集電體52中彼此靠近的元件相互粘結(jié)。在此狀態(tài)中，向下移動(dòng)鍛造工具63，以便將正極集電體51的外周部51a的邊緣相對(duì)于負(fù)極集電體52的外周部5鍛造，在其之間具有墊圈5和疏水樹(shù)脂56b。以這樣的方式進(jìn)行鍛造，使得墊圈5逐漸破碎，并且，在正極集電體51與墊圈5之間不產(chǎn)生空隙，在負(fù)極集電體52與墊圈5之間也不產(chǎn)生空隙。此外，此時(shí)，23也逐漸壓縮疏水樹(shù)脂56b，以便粘附至正極22、正極集電體51和墊圈56a。因此，用墊圈5使正極集電體51和負(fù)極集電體52彼此電絕緣，并且，在該狀態(tài)中，在其內(nèi)部中形成用于容納正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21的空間。然后，向上移動(dòng)鍛造工具63。以此方式，如圖22D所示，制造生物燃料電池，其中，將正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21容納在形成于正極集電體51與負(fù)極集電體52之間的空間的內(nèi)部。然后，將蓋子58與燃料箱57連接，并且，從此蓋子58的燃料供給孔58a注入燃料和電解質(zhì)。之后，通過(guò)例如粘附氣密密封件，來(lái)封閉此燃料供給孔58a。在這點(diǎn)上，在圖22B所示的步驟中，可以將燃料和電解質(zhì)注入燃料箱57中。關(guān)于此生物燃料電池，在例如用葡萄糖溶液作為放入燃料箱57中的燃料的情況中，負(fù)極21用酶分解所供給的葡萄糖，以取出電子，另外，產(chǎn)生H+。正極22從H+(從負(fù)極21通過(guò)電解質(zhì)層23來(lái)輸送每個(gè)H+)、通過(guò)外部電路從負(fù)極21傳遞的電子、以及例如空氣中的氧，來(lái)產(chǎn)生水。因此，在正極集電體51與負(fù)極集電體52之間獲得輸出電壓。如圖23所示，此生物燃料電池的正極集電體51和負(fù)極集電體52可分別設(shè)置有網(wǎng)電極71和72。在此情況中，外部的空氣通過(guò)網(wǎng)電極71的孔進(jìn)入正極集電體51的氧化劑供給孔51b，而燃料通過(guò)網(wǎng)電極72的孔從蓋子58的燃料供給孔58a進(jìn)入燃料箱57。圖M示出了兩個(gè)生物燃料電池串聯(lián)連接的情況。在此情況中，將網(wǎng)電極73插在一個(gè)生物燃料電池(圖中的上部燃料電池)的正極集電體51與另一個(gè)生物燃料電池(圖中的下部生物燃料電池)的蓋子58之間。在此情況中，外部的空氣通過(guò)網(wǎng)電極73的孔進(jìn)入正極集電體51的氧化劑供給孔51b。通過(guò)使用燃料供給系統(tǒng)，也可供給燃料。圖25示出了兩個(gè)生物燃料電池并聯(lián)連接的情況。在此情況中，一個(gè)生物燃料電池(圖中的上部燃料電池)的燃料箱57和另一個(gè)生物燃料電池(圖中的下部生物燃料電池)的燃料箱57以這樣的方式彼此接觸，使得其蓋子58的燃料供給孔58a彼此適合，并且，從燃料箱57的側(cè)面引出電極74。此外，上述一個(gè)生物燃料電池的正極集電體51和上述另一個(gè)生物燃料電池的正極集電體51分別設(shè)置有網(wǎng)電極75和76。這些網(wǎng)電極75和76彼此連接。外部的空氣通過(guò)網(wǎng)電極75和76的孔進(jìn)入正極集電體51的氧化劑供給孔51b。根據(jù)此第五實(shí)施方式，關(guān)于除了燃料箱57以外的硬幣型或鈕扣型生物燃料電池，可獲得與第三實(shí)施方式中的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。此外，在此生物燃料電池中，將正極22、電解質(zhì)層23和負(fù)極21夾在正極集電體51和負(fù)極集電體52之間，并且，將正極集電體51的外周部51a的邊緣相對(duì)于負(fù)極集電體52的外周部5鍛造，在其之間具有墊圈56a,使得各種部件可彼此均勻地粘結(jié)。因此，可防止輸出的變化，另外，可防止電池溶液(例如，燃料和電解質(zhì))從各個(gè)部件之間的界面的泄漏。此外，此生物燃料電池的生產(chǎn)步驟是簡(jiǎn)單的。另外，可容易地減小此生物燃料電池的尺寸。此外，即使燃料或電解質(zhì)泄漏至外部，也可以通過(guò)使用葡萄糖溶液或淀粉作為燃料并將所使用的電解質(zhì)的pH選擇為7(中性)附近，來(lái)確保此生物燃料電池的安全性。此外，關(guān)于目前實(shí)際使用的空氣電池，在生產(chǎn)過(guò)程中必需添加燃料和電解質(zhì)，并且，生產(chǎn)之后的添加較困難，而關(guān)于此生物燃料電池，可在生產(chǎn)之后添加燃料和電解質(zhì)，使得，與目前實(shí)際使用的空氣電池相比，可容易地制造此生物燃料電池。接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式的生物燃料電池。如圖沈所示，在此第六實(shí)施方式中，從根據(jù)第五實(shí)施方式的生物燃料電池去除與負(fù)極集電體52整體設(shè)置的燃料箱57，此外，使用分別設(shè)置有網(wǎng)電極71和72的正極集電體51和負(fù)極集電體52。在使生物燃料電池漂浮在放入開(kāi)放系統(tǒng)燃料箱57中的燃料57a上、以使負(fù)極21側(cè)向下而正極22側(cè)向上的狀態(tài)下使用產(chǎn)生的生物燃料電池。在不削弱其特征的范圍內(nèi)，除了上述那些以外，此第六實(shí)施方式與第三和第五實(shí)施方式相同。根據(jù)此第六實(shí)施方式，可獲得與第三和第五實(shí)施方式中的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方式的生物燃料電池。根據(jù)第五實(shí)施方式的生物燃料電池具有硬幣型或鈕扣型，而此生物燃料電池具有圓筒型。圖27A和圖27B以及圖28示出了此生物燃料電池。圖27A是此生物燃料電池的前視圖，圖27B是此生物燃料電池的縱向剖視圖。圖觀是示出了此生物燃料電池的分解的各個(gè)部件的分解透視圖。如圖27A和圖27B以及圖觀所示，在此生物燃料電池中，將各自以圓筒形狀的負(fù)極集電體52、負(fù)極21、電解質(zhì)層23、正極22和正極集電體51順序地設(shè)置在圓柱狀燃料保持部77的外周上。在此情況中，由被圓筒形負(fù)極集電體52包圍的空間形成燃料保持部77。此燃料保持部77的一端突出至外部，并且，蓋子78與所述一端連接。雖然未在圖中示出，但是，在燃料保持部77的外周上的負(fù)極集電體52的整個(gè)表面上，設(shè)置多個(gè)燃料供給孔52b。此外，電解質(zhì)層23是包封負(fù)極21和負(fù)極集電體52的袋子的形狀。用例如密封件(未在圖中示出)以這樣的方式密封電解質(zhì)層23與燃料保持部77的一端處的負(fù)極集電體52之間的部分，使得燃料不會(huì)從此部分泄漏至外部。在此生物燃料電池中，將燃料和電解質(zhì)放入燃料保持部77中。這些燃料和電解質(zhì)通過(guò)負(fù)極集電體52的燃料供給孔5到達(dá)負(fù)極21，并且，通過(guò)滲透入此負(fù)極21的空隙部分中，將其儲(chǔ)存在此負(fù)極21的內(nèi)部中。為了增加可儲(chǔ)存于負(fù)極21的內(nèi)部中的燃料的量，希望負(fù)極21的孔隙率是，例如，60%或更大，雖然不限于此。在此生物燃料電池中，可以在正極集電體51的外周面上設(shè)置氣-液分離層，以改進(jìn)耐久性。至于用于此氣-液分離層的材料，例如，使用防水、防潮的材料(聚四氟乙烯和聚氨酯聚合物的拉伸膜的復(fù)合材料)(例如，由W.L.Gore&AssociatesInc.生產(chǎn)的GORE-TEX(商品名))。為了將各種部件彼此均勻地粘結(jié)，有利的是，將具有來(lái)自外部的空氣可通過(guò)其的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性橡膠(帶形和片形是可接受的)纏繞在此氣-液分離層的外部或內(nèi)部周圍，以拉緊此生物燃料電池的所有部件。在不削弱其特征的范圍內(nèi)，除了上述那些以外，此第七實(shí)施方式與第三和第五實(shí)施方式相同。根據(jù)此第七實(shí)施方式，可獲得與第三和第五實(shí)施方式中的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方式的生物燃料電池。根據(jù)此第八實(shí)施方式的生物燃料電池具有與根據(jù)第三實(shí)施方式的生物燃料電池的構(gòu)造相同的構(gòu)造，不同之處在于，使用如圖^A和圖^B所示的多孔導(dǎo)電材料用于負(fù)極21的電極材料。圖^A示意性地示出了此多孔導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)，圖^B是此多孔導(dǎo)電材料的骨架部分的剖視圖。如圖^A和圖^B所示，此多孔導(dǎo)電材料由骨架7和覆蓋此骨架79a25的表面的碳基材料79b構(gòu)成，骨架79a由具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔材料形成。將與在第三實(shí)施方式中的脂質(zhì)體相同的脂質(zhì)體12固定在此碳基材料79b的表面上。此多孔導(dǎo)電材料具有這樣的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被碳基材料79b包圍的許多孔80與網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)。在此情況中，這些孔80彼此相通。碳基材料79b的形狀無(wú)關(guān)緊要，并且，可以是纖維形狀(針的形狀)、顆粒形狀等中的任何一種。至于由多孔材料形成的骨架79a，使用發(fā)泡金屬或發(fā)泡合金，例如，發(fā)泡鎳。通常，此骨架79a的孔隙率是85%或更大，或90%或更大。通常，其孔徑是，例如，IOnm至1mm，或IOnm至600μm，或1至600μm,典型地是50至300μm,更典型地是100至250μιη。至于碳基材料79b，高導(dǎo)電性材料(例如，科琴黑)是優(yōu)選的。然而，可以使用功能碳材料(例如，碳納米管和富勒烯)。通常，此多孔導(dǎo)電材料的孔隙率是80%或更大，或90%或更大。通常，孔80的直徑是，例如，9nm至1mm，或9nm至600μm，或1至600μm，典型地是30至400μm，更典型地是80至230μm。接著，將描述制造此多孔導(dǎo)電材料的方法。如圖30A所示，一開(kāi)始，制備由發(fā)泡金屬或發(fā)泡合金(例如，發(fā)泡鎳)形成的骨架7^1。然后，如圖30B所示，用碳基材料79b涂覆由發(fā)泡金屬或發(fā)泡合金形成的此骨架79a的表面。至于此涂覆方法，可使用之前已知的方法。在一個(gè)實(shí)例中，通過(guò)用噴霧器將包含碳粉、適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑等的乳狀液噴射在骨架79a的表面上，來(lái)施加碳基材料79b?？紤]由發(fā)泡金屬或發(fā)泡合金形成的骨架79a的孔隙率和孔徑，根據(jù)多孔導(dǎo)電材料所需的孔隙率和孔徑，來(lái)確定此碳基材料79b的涂覆厚度。在涂層中，被碳基材料79b包圍的許多孔80彼此相通。以此方式，制造期望的多孔導(dǎo)電材料。其后，將脂質(zhì)體12固定在此多孔導(dǎo)電材料的碳基材料79b的表面上。除了上述那些以外，該制造方法與第三實(shí)施方式中的制造方法相同。根據(jù)此第八實(shí)施方式，除了與第三實(shí)施方式中的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)以外，還可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。即，其中用碳基材料79b覆蓋由發(fā)泡金屬或發(fā)泡合金形成的骨架79a的表面的多孔導(dǎo)電材料具有足夠大的孔80的直徑，在具有粗糙的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時(shí)具有高強(qiáng)度和高電導(dǎo)率，并可獲得必需的且足夠的表面積。因此，通過(guò)使用此多孔導(dǎo)電材料作為電極材料并將酶、輔酶和電子介體固定于其上來(lái)制造的由酶/輔酶/電子介體固定電極構(gòu)成的負(fù)極21，可在其上具有高效率地實(shí)現(xiàn)酶新陳代謝反應(yīng)，或者，有效地捕捉在電極附近出現(xiàn)的酶反應(yīng)現(xiàn)象作為電信號(hào)，此外，可獲得不管使用環(huán)境如何都是穩(wěn)定的高性能生物燃料電池。接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施方式的生物反應(yīng)器。此生物反應(yīng)器包括根據(jù)第一或第二實(shí)施方式的酶固定電極，圖31示出了此生物反應(yīng)器。如圖31所示，在此生物反應(yīng)器中，將反應(yīng)溶液82放入反應(yīng)容器81中，并且，將工作電極83、參考電極84和反電極85浸沒(méi)于其中。至于工作電極83，使用根據(jù)第一或第二實(shí)施方式的酶固定電極。在參考電極84與反電極85之間連接恒定電壓產(chǎn)生裝置86，因此，將參考電極84保持在恒定電壓。將工作電極83連接至端子，恒定電壓產(chǎn)生裝置86的參考電極84連接至所述端子。在此生物反應(yīng)器中，將基質(zhì)(例如，醇、葡萄糖等)提供給工作電極83，并實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，以產(chǎn)生期望的產(chǎn)物。根據(jù)此第九實(shí)施方式，使用酶固定電極，其中，將在其中封入酶反應(yīng)所需的酶組和輔酶的脂質(zhì)體12固定在電極11上。因此，在脂質(zhì)體12的內(nèi)部中的微小空間用作反應(yīng)場(chǎng)的同時(shí)，可有效地實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，使得可有效地獲得期望的產(chǎn)物。另外，與用聚離子絡(luò)合物等將酶等直接固定在電極11上的情況相比，可容易地進(jìn)行固定。由于用作電極的酶固定電極表現(xiàn)出高效率，如上所述，所以可獲得高效率生物反應(yīng)器。在這點(diǎn)上，在需要使用至少三種類型的酶的情況中，通過(guò)將至少三種類型的酶封入脂質(zhì)體12的內(nèi)部中，可滿足需求。到目前為止，已經(jīng)具體說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式。然而，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，基于本發(fā)明的技術(shù)思想，可進(jìn)行各種修改。例如，上述實(shí)施方式中提到的數(shù)值、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、形狀、材料等僅僅是實(shí)例，并且，必要時(shí)，可以使用與其不同的數(shù)值、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、形狀、材料等。此外，必要時(shí)，可以組合第四至第八實(shí)施方式中的至少任何兩個(gè)。參考標(biāo)記列表11電極、12脂質(zhì)體、13、14酶、15輔酶、16運(yùn)載蛋白、21負(fù)極、22正極、23電解質(zhì)層、41、42Ti集電體、43、44夾板、47負(fù)載權(quán)利要求1.一種燃料電池，包括正極和負(fù)極通過(guò)其間的質(zhì)子導(dǎo)體而相對(duì)的結(jié)構(gòu)，并被構(gòu)造為通過(guò)使用酶和輔酶從燃料中取出電子，其中，至少一種所述酶和至少一種所述輔酶被封入脂質(zhì)體中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述脂質(zhì)體固定在所述負(fù)極上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中，電子介體固定在所述負(fù)極上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中，所述酶包括促進(jìn)燃料的氧化以進(jìn)行分解的氧化酶。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池，其中，所述酶包括輔酶氧化酶，所述輔酶氧化酶使隨著所述燃料的氧化而還原的所述輔酶回到氧化形式，并且，所述輔酶氧化酶通過(guò)所述電子介體將電子傳送至所述負(fù)極。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述輔酶的氧化形式是NAD+，所述輔酶氧化酶是心肌黃酶。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池，其中，所述氧化酶是NAD依賴性醇脫氫酶。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池，其中，所述質(zhì)子導(dǎo)體由包括含咪唑環(huán)的化合物作為緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)形成。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其中，選自由鹽酸、乙酸、磷酸和硫酸組成的組中的至少一種酸被添加到所述含咪唑環(huán)的化合物中。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中，所述酶包括促進(jìn)單糖的氧化以進(jìn)行分解的氧化酶。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池，其中，所述酶包括輔酶氧化酶，所述輔酶氧化酶使隨著所述單糖的氧化而還原的所述輔酶回到氧化形式，并且，所述輔酶氧化酶通過(guò)所述電子介體將電子傳送至所述負(fù)極。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池，其中，所述輔酶的氧化形式是NAD+，而所述輔酶氧化酶是心肌黃酶。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料電池，其中，所述氧化酶是NAD依賴性葡萄糖脫氫酶。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池，其中，葡萄糖運(yùn)載蛋白被加入構(gòu)成所述脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層中。15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池，其中，所述酶包括分解酶和氧化酶，所述分解酶被加入或固定在構(gòu)成所述脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙層中，或存在于所述脂質(zhì)體的外部，并且所述分解酶促進(jìn)多糖的分解以產(chǎn)生單糖，而所述氧化酶促進(jìn)所產(chǎn)生的單糖的氧化以進(jìn)行分解。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池，其中，所述分解酶是葡糖淀粉酶，所述氧化酶是NAD依賴性葡萄糖脫氫酶。17.—種制造燃料電池的方法，所述燃料電池具有正極和負(fù)極通過(guò)其間的質(zhì)子導(dǎo)體而相對(duì)的結(jié)構(gòu)并通過(guò)使用酶和輔酶從燃料中取出電子，所述方法包括將至少一種所述酶和至少一種所述輔酶封入脂質(zhì)體中的步驟。18.—種電子設(shè)備，包括至少一個(gè)燃料電池，其中，至少一個(gè)燃料電池具有正極和負(fù)極通過(guò)其間的質(zhì)子導(dǎo)體而相對(duì)的結(jié)構(gòu)，并被構(gòu)造為通過(guò)使用酶和輔酶從燃料中取出電子，并且至少一種所述酶和至少一種所述輔酶被封入脂質(zhì)體中。19.一種酶固定電極，其中，固定了封入有至少一種酶和至少一種輔酶的脂質(zhì)體。20.一種生物傳感器，其中，使用了酶和輔酶，并且至少一種所述酶和至少一種所述輔酶被封入脂質(zhì)體中。21.一種生物反應(yīng)器，其中，使用了酶和輔酶，并且至少一種所述酶和至少一種所述輔酶被封入脂質(zhì)體中。22.—種能量轉(zhuǎn)換元件，其中，使用了封入有至少一種酶和至少一種輔酶的脂質(zhì)體。23.一種酶反應(yīng)利用裝置，其中，使用了酶和輔酶，并且至少一種所述酶和至少一種所述輔酶被封入脂質(zhì)體中。全文摘要本發(fā)明提供一種燃料電池及制造燃料電池的方法，其中，將至少一種類型的酶和輔酶限制在微小空間中，在此空間用作反應(yīng)場(chǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)酶反應(yīng)，因此，可有效地從燃料中取出電子，以產(chǎn)生電能，并且，可容易地進(jìn)行這些酶和輔酶在電極上的固定。將酶反應(yīng)所需的酶和輔酶封入脂質(zhì)體(12)中，并且，將產(chǎn)生的脂質(zhì)體(12)固定在由多孔碳等形成的電極(11)的表面上，以便形成酶固定電極。必要時(shí)，將運(yùn)載蛋白加入脂質(zhì)體(12)中。還將電子介體固定在電極(11)的表面上。用產(chǎn)生的酶固定電極作為例如生物燃料電池的負(fù)極。文檔編號(hào)G01N27/327GK102027623SQ200980117030公開(kāi)日2011年4月20日申請(qǐng)日期2009年5月14日優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日發(fā)明者戶木田裕一,松本隆平,角田正也,酒井秀樹(shù)申請(qǐng)人:索尼公司