(57)【要約】  一つの実施形態による植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置は、少なくとも一部が植物内に挿入され、厚さおよび幅がマイクロスケールである基板、前記基板上に提供される単一の金属線、前記金属線に所定時間の間電流を印加して前記金属線を加熱する電源、および前記金属線から発生した熱の前記植物内の樹液流動に応じた移動を通じて前記樹液の流速を算出するプロセッサを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が植物内に挿入され、厚さおよび幅がマイクロスケールである基板、
前記基板上に提供される単一の金属線、
前記金属線に所定時間の間電流を印加して前記金属線を加熱する電源、および
前記金属線から発生した熱の前記植物内の樹液流動に応じた移動を通じて前記樹液の流速を算出するプロセッサ
を含む、植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置。
【請求項２】
前記金属線は複数で提供され、前記複数の金属線は前記基板上で前記樹液の流動方向に互いに離隔して配置され、前記樹液の流速が複数箇所から測定される、請求項１に記載の植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置。
【請求項３】
前記金属線は、前記樹液の流動方向と直交する方向に延びる部分を含む、請求項１に記載の植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置。
【請求項４】
前記電源は、前記金属線に周期的に電流を印加して前記金属線に熱パルスが発生するようにする、請求項１に記載の植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、
前記金属線の抵抗および前記抵抗の変化を測定する抵抗測定モジュール、
前記金属線の前記抵抗の変化から前記金属線の温度の変化を算出する温度算出モジュール、および
前記金属線の前記温度の変化から前記樹液の流速を算出する流速算出モジュールを含む、請求項１に記載の植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置。
【請求項６】
前記基板は、
一端部が鋭く形成されて前記植物内に挿入される薄肉部、および
前記薄肉部の反対側に位置し、前記薄肉部より厚い厚さを有し、前記薄肉部側の一端部の幅が前記薄肉部から遠くなるほど増加する厚肉部を含む、請求項１に記載の植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置。
【請求項７】
厚さおよび幅がマイクロスケールである基板と、前記基板上に提供される単一の金属線とを含むマイクロニードルプローブ装置を植物内に挿入するステップ、
前記金属線に所定時間の間電流を印加して前記金属線を加熱するステップ、および
前記金属線から発生した熱の前記植物内の樹液流動に応じた移動を通じて前記樹液の流速を算出するステップ
を含む、植物の樹液流速測定方法。
【請求項８】
前記所定時間の終了後、前記金属線に周期的に電流を印加することによって前記金属線に熱パルスが発生するようにするステップをさらに含む、請求項７に記載の植物の樹液流速測定方法。
【請求項９】
前記樹液の流速を算出するステップは、
前記金属線の抵抗の変化を測定するステップ、
前記金属線の前記抵抗の変化から前記金属線の温度の変化を算出するステップ、および
前記金属線の前記温度の変化から前記樹液の流速を算出するステップを含む、請求項７に記載の植物の樹液流速測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の説明は、植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置およびこれを用いた植物の樹液流速測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物生育モデルは、植物の生産量と品質に直接的な影響を及ぼしている。植物生育に主な影響を及ぼす植物生体情報としては温度、樹液流動（ＳＦ：Ｓａｐ  Ｆｌｏｗ）、電気伝導度（ＥＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）が挙げられ、これらの植物生体情報に基づいて水やりスケジュール、温度および光量の制御、肥料の供給時期と量などを決定して植物生育モデルを決めることになる。
【０００３】
植物生育モデルのための測定は、温度、湿度などの外部環境変数と破壊的測定または間接的測定などに限定されてきており、伝統的に、土壌水分、水消費量の計量、植物サンプルを液汁に作って電気伝導度を測定する方法が用いられてきた。しかし、このような方式は、非間接的であるか、または詳細な情報の取得、植物の反応予測に不足した手掛かりを提供した。
【０００４】
植物の樹液流動を測定するものとして、例えば、植物の幹内に直接プローブ（ｐｒｏｂｅ）を挿入する技術が開発されて、前記プローブを植物の幹内に挿入して樹液流動を測定したが、侵襲針（ｉｎｖａｓｉｖｅ  ｎｅｅｄｌｅ）形態の装置を用いた。
【０００５】
樹液流動を測定する方法としては、（ｉ）侵襲プローブを用いて周期的な熱パルスを植物に付与し、植物の樹液流動に応じた熱パルスの移動を別の温度プローブで検知して流動速度を計算するＨＰ（Ｈｅａｔ  Ｐｕｌｓｅ）技術、（ｉｉ）侵襲プローブを用いて連続的に熱を植物に付与し、夜間に樹液流動がない場合と樹液流動がある場合の熱が失われる程度を温度差をもって測定して算出するＨＤ（Ｈｅａｔ  Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）技術、（ｉｉｉ）侵襲プローブを温度測定用プローブとヒータープローブで構成して、中央のヒーターが熱を発生してできたヒートフィールド（ｈｅａｔ  ｆｉｅｌｄ）が樹液流動によって変形される程度を温度測定用プローブで測定して樹液流動速度を算出するＨＦＤ（Ｈｅａｔ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）技術、および（ｉｖ）植物の幹の外部に設けられたヒーターによって発生する熱が樹液流動によって幹の上下部の温度差が発生することを用いたＳＨＢ（Ｓｔｅｍ  Ｈｅａｔ  Ｂａｌａｎｃｅ）技術などがある。
【０００６】
しかし、これらの技術は、直径が１〜５ｍｍに達する侵襲針を用いるため、木の種類にのみ限定して用いられており、トマト、パプリカなどの果菜類や花卉類などの植物には挿入することが難しかった。また、測定装置の大きさが大きく高価で且つ複雑に構成されており、一つの作物の種々の部分に適用したり、一度に種々の作物に適用したりするのに困難な問題があったため、標本数が少なくて測定結果の信頼性、統計的意味の確保などの側面でも不利であった。
【０００７】
しかし、産業革命後、生物学を筆頭にして各種科学技術の発展により、農業においても革新が速くなされている。特に、農業とＩＣＴベースのＭＥＭＳおよびナノ技術の発展により、植物生育に関わる技術も新しい転機を迎えている。
【０００８】
最小侵襲技術（ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  ｉｎｖａｓｉｖｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いて木を含む様々な植物の生体情報を測定できる技術の開発が必要であり、そのためにはＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）技術に基づいた精密測定技術の実現が必要である。
【０００９】
より具体的には、最小侵襲の要件を備えるためには植物に挿入されるセンサの大きさがマイクロスケールに小さくなければならず、このようなマイクロニードルプローブの製作はシリコン工程技術であるＭＥＭＳ技術を用いて実現するが、マイクロニードルプローブの形状と大きさなどが植物の組織との関係で適していなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで説明される実施形態は、植物の生育モデルの決定に必須に求められる植物内部の温度および樹液流速を植物から直接、最小侵襲適に測定して、木だけでなくトマト、パプリカなどの果菜類と花卉類などの植物にも適用できる技術を提供しようとする。
【００１１】
また、測定装置をマイクロスケール化およびコンパクト化することによって、一つの作物の種々の部分や種々の作物に同時に適用し易いようにして測定信頼性を確保できる技術を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一つの実施形態による植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置は、少なくとも一部が植物内に挿入され、厚さおよび幅がマイクロスケールである基板、前記基板上に提供される単一の金属線、前記金属線に所定時間の間電流を印加して前記金属線を加熱する電源、および前記金属線から発生した熱の前記植物内の樹液流動に応じた移動を通じて前記樹液の流速を算出するプロセッサを含む。
【００１３】
また、前記金属線は複数で提供され、前記複数の金属線は前記基板上で前記樹液の流動方向に互いに離隔して配置され、前記樹液の流速が複数箇所から測定されてもよい。
【００１４】
なお、前記金属線は、前記樹液の流動方向と直交する方向に延びる部分を含んでもよい。
【００１５】
また、前記電源は、前記金属線に周期的に電流を印加して前記金属線に熱パルスが発生するようにしてもよい。
【００１６】
なお、前記プロセッサは、前記金属線の抵抗および前記抵抗の変化を測定する抵抗測定モジュール、前記金属線の前記抵抗の変化から前記金属線の温度の変化を算出する温度算出モジュール、および前記金属線の前記温度の変化から前記樹液の流速を算出する流速算出モジュールを含んでもよい。
【００１７】
また、前記基板は、一端部が鋭く形成されて前記植物内に挿入される薄肉部、および前記薄肉部の反対側に位置し、前記薄肉部より厚い厚さを有し、前記薄肉部側の一端部の幅が前記薄肉部から遠くなるほど増加する厚肉部を含んでもよい。
【００１８】
一つの実施形態による植物の樹液流速測定方法は、厚さおよび幅がマイクロスケールである基板と、前記基板上に提供される単一の金属線とを含むマイクロニードルプローブ装置を植物内に挿入するステップ、前記金属線に所定時間の間電流を印加して前記金属線を加熱するステップ、および前記金属線から発生した熱の前記植物内の樹液流動に応じた移動を通じて前記樹液の流速を算出するステップを含む。
【００１９】
また、前記所定時間の終了後、前記金属線に周期的に電流を印加することによって前記金属線に熱パルスが発生するようにするステップをさらに含んでもよい。
【００２０】
なお、前記樹液の流速を算出するステップは、前記金属線の抵抗の変化を測定するステップ、前記金属線の前記抵抗の変化から前記金属線の温度の変化を算出するステップ、および前記金属線の前記温度の変化から前記樹液の流速を算出するステップを含んでもよい。
【発明の効果】
【００２１】
ここで説明される実施形態によれば、植物に最小侵襲的に適用されるマイクロニードルプローブを介して植物の樹液流速および植物体の内部の温度を高い信頼性で測定することができる。
【００２２】
また、樹液流速の測定が可能な植物の種類を木からトマト、パプリカなどの果菜類や花卉類のような幹の直径が小さくて固くない作物に拡張することができる。
【００２３】
なお、一つの作物の種々の箇所から樹液流速を測定できるだけでなく、種々の作物において同時に樹液流速を測定することができるため、測定値の信頼度をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一つの実施形態による植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置の概略的な側断面図である。
【図２】図１の植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置の概略的な平面図である。
【図３】一つの実施形態による植物の樹液流速測定方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
一つの実施形態による植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置は、少なくとも一部が植物内に挿入され、厚さおよび幅がマイクロスケールである基板、前記基板上に提供される単一の金属線、前記金属線に所定時間の間電流を印加して前記金属線を加熱する電源、および前記金属線から発生した熱の前記植物内の樹液流動に応じた移動を通じて前記樹液の流速を算出するプロセッサを含むことができる。
【００２６】
また、前記金属線は複数で提供され、前記複数の金属線は前記基板上で前記樹液の流動方向に互いに離隔して配置され、前記樹液の流速が複数箇所から測定されることができる。
【００２７】
なお、前記金属線は、前記樹液の流動方向と直交する方向に延びる部分を含むことができる。
【００２８】
また、前記電源は、前記金属線に周期的に電流を印加して前記金属線に熱パルスが発生するようにすることができる。
【００２９】
なお、前記プロセッサは、前記金属線の抵抗および前記抵抗の変化を測定する抵抗測定モジュール、前記金属線の前記抵抗の変化から前記金属線の温度の変化を算出する温度算出モジュール、および前記金属線の前記温度の変化から前記樹液の流速を算出する流速算出モジュールを含むことができる。
【００３０】
また、前記基板は、一端部が鋭く形成されて前記植物内に挿入される薄肉部、および前記薄肉部の反対側に位置し、前記薄肉部より厚い厚さを有し、前記薄肉部側の一端部の幅が前記薄肉部から遠くなるほど増加する厚肉部を含むことができる。
【００３１】
一つの実施形態による植物の樹液流速測定方法は、厚さおよび幅がマイクロスケールである基板と、前記基板上に提供される単一の金属線とを含むマイクロニードルプローブ装置を植物内に挿入するステップ、前記金属線に所定時間の間電流を印加して前記金属線を加熱するステップ、および前記金属線から発生した熱の前記植物内の樹液流動に応じた移動を通じて前記樹液の流速を算出するステップを含むことができる。
【００３２】
また、前記所定時間の終了後、前記金属線に周期的に電流を印加することによって前記金属線に熱パルスが発生するようにするステップをさらに含むことができる。
【００３３】
なお、前記樹液の流速を算出するステップは、前記金属線の抵抗の変化を測定するステップ、前記金属線の前記抵抗の変化から前記金属線の温度の変化を算出するステップ、および前記金属線の前記温度の変化から前記樹液の流速を算出するステップを含むことができる。
【００３４】
以下では、添付図面を参照して具体的な実施形態について詳しく説明することにする。さらに、関連の公知構成または公知機能に関する具体的な説明が前記実施形態の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される場合にはその具体的な説明を省略する。
【００３５】
一方、単数の表現は、文脈上、明らかに単数のみを指さない限り、複数の表現を含む。そして、特定の部分が特定の構成を「含む」とする時、これは、特に反する記載がない限り、前記特定の部分は、前記特定の構成以外の他の構成を除くものではなく、前記他の構成をさらに含んでもよいことを意味する。
【００３６】
図１および図２は、各々、一つの実施形態による植物の樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置１（以下、「マイクロニードルプローブ」という）の概略的な側断面図および平面図である。本実施形態によるマイクロニードルプローブ１は、シリコンをベースにするＭＥＭＳ工程によって製作され、植物の木部内に挿入されて木部内で流動する樹液の流速を最小侵襲的に測定することができる。
【００３７】
マイクロニードルプローブ１は、基板１０を備えることができる。基板１０は、上述したようにＭＥＭＳ工程によってシリコンから製造されることができる。基板１０は植物内に挿入される薄肉部１１と前記薄肉部の反対側の厚肉部１２とを含み、薄肉部１１は相対的に薄い厚さを有し、厚肉部１２は相対的に厚い厚さを有する（図１参照）。このように、薄肉部１１が厚肉部１２より薄く形成されるのでマイクロニードルプローブ１が植物の内部組織に容易に挿入され、厚肉部１２が薄肉部１１より厚く形成されるので基板１０の剛性が確保できる。
【００３８】
また、薄肉部１１における植物内に挿入される側の一端部は原子レベルに鋭く形成されており、マイクロニードルプローブ１が植物内に容易に挿入されることができる。前記一端部の鋭さは、半導体乾式エッチング工程またはシリコン不純物ドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）と選択的なエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）によって調節されることができる。
【００３９】
一方、厚肉部１２の幅は薄肉部１１の幅より大きくてもよい（図２参照）。例えば、厚肉部１２の薄肉部１１側の一端部はその幅が薄肉部１１の幅と同一であるが、厚肉部１２側に行くほど増加する。それにより、前記厚肉部１２の一端部には、テーパーの付いた傾斜面が形成されることができる。このような構造により、マイクロニードルプローブ１を植物に挿入して樹液流速を測定する時、マイクロニードルプローブ１が折れないようにする剛性を確保することができる。
【００４０】
本実施形態によるマイクロニードルプローブ１の基板１０はマイクロスケールの小さい大きさに形成され、最小侵襲条件下で樹液流速の測定が可能である。基板１０の寸法は、長さｌが１〜６ｍｍ、厚さｔが１００〜２００μｍ、幅ｄが２００〜４００μｍである。
【００４１】
直径が１〜５ｍｍに達して大きくて固い木にのみ適用可能であった従来のプローブとは異なり、本実施形態によるマイクロニードルプローブ１は、植物の微細組織内に挿入されて維持できるところ、トマト、パプリカなどの果菜類や花卉類などのように幹が木に比べて薄い植物にも適用することができる。
【００４２】
基板１０上には、樹液流速を測定するための金属線２０が提供されることができる。前記金属線２０は、例えば、白金材質であってもよく、金属マイクロパターンに形成されることができる。後述するように金属線２０に電流が印加されれば金属線２０は加熱され、金属線２０から発生する熱は樹液流動によって樹液と同じ方向に移動することができる。それにより、金属線２０は樹液に熱を奪われる。このような金属線２０の温度変化は金属線２０の抵抗の変化として現れ、前記抵抗の変化を読み取って前記温度変化を算出することができ、さらには前記温度変化を通じて樹液の流速を算出することができる。
【００４３】
さらに、金属線２０は、樹液の流動方向に直交する方向に延びるように配置されることができる（図２参照）。例えば、図２に示すように、金属線２０は単一の線（ｓｉｎｇｌｅ  ｗｉｒｅ）からなり、樹液の流動方向に直交する方向に延びた複数の部分を含むことができる。このように構成する場合、金属線２０から発生した熱が樹液流動によってさらによく発散されるところ、金属線２０の抵抗変化の測定、究極的には樹液流速測定の正確度が向上できる。
【００４４】
一方、図示したように、金属線２０は複数で提供され、前記複数の金属線２０は基板１０の長さ方向に沿って互いに離隔して配置されることができる。この場合、植物の種々の箇所から樹液流速を測定することができるため、測定値の信頼度を高めることができる。
【００４５】
電源（図示せず）は、基板１０上に配置されるか、または基板１０から離隔して配置されてもよく、基板１０上に実装されたＢＵＳ線３０を介して金属線２０に電流を印加することができる。前記ＢＵＳ線３０は、低抵抗ＢＵＳ線であってもよく、導体パッド（ｃｏｎｔａｃｔ  ｐａｄｓ）４０を介して電源と連結されることができる。
【００４６】
一方、電源は、所定時間の間のみ金属線２０に電流を印加することができ、さらには金属線２０に周期的に電流を印加することによって金属線２０に熱パルスが発生するようにすることができる。
【００４７】
プロセッサ（図示せず）は、抵抗測定モジュール、温度算出モジュールおよび流速算出モジュールを含むことができる。前記モジュールは、一例として、回路の形態を有することができる。抵抗測定モジュールは、金属線２０の加熱乃至は冷却による金属線２０の抵抗の変化を測定することができる。温度算出モジュールは、前記抵抗の変化を用いて金属線２０の温度の変化を算出することができる。この時、抵抗温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を用いて抵抗変化に応じた温度変化を算出することができる。流速算出モジュールは、前記温度の変化を用いて樹液の流速を算出することができる。
【００４８】
一方、プロセッサは、抵抗測定モジュール、温度算出モジュールおよび流速算出モジュールを含む概念で理解することができ、必ずしも物理的な単一のチップ（ｃｈｉｐ）の形態にのみ限定されるものではない。プロセッサが基板１０に実装される場合、抵抗測定モジュール、温度算出モジュールおよび流速算出モジュールは、一つのチップに集積されるか、または二つ以上のチップに分けられて提供されてもよい。または、抵抗測定モジュールが基板１０に実装された状態で、温度算出モジュールと流速算出モジュールのうち少なくとも一つは基板１０から離隔して配置されてもよい。この場合、抵抗測定モジュールを介して測定された金属線２０の抵抗および抵抗変化値は、通信モジュール（図示せず）を介して有線または無線方式で基板１０の外部に転送されることができる。
【００４９】
カバー（図示せず）は、基板１０上に備えられ、上述の金属線２０の全部または一部を覆うことができる。カバーは、例えば、薄膜の形態で提供され、金属線２０を覆って金属線２０を機械的、電気的、化学的に保護することができる。そして、カバーは絶縁性を有することができる。
【００５０】
カバーが薄膜の形態で提供される場合、その材質は、酸化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ）、窒化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、酸化ハフニウム（ｈａｆｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）などの無機材料であってもよく、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＣＹＴＯＰ（ｃｙｃｌｉｃ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｌｙｍｅｒ）などの撥水性有機材料であってもよい。カバーは、絶縁性能を高めるために、複数の無機材料層を含むか、複数の有機材料層を含むか、または無機材料層と有機材料層が混合された形態を有してもよい。
【００５１】
例えば、金属線２０上に窒化ケイ素を化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｏｐｒ  Ｄｅｏｐｓｉｔｏｉｎ、ＣＶＤ）方式により蒸着することができる。そして、工程上の欠陥による影響を最小化するために、窒化ケイ素層と酸化ケイ素層を交互に蒸着することができる。この場合、いずれか一つの層に欠陥があっても他層が絶縁膜の機能をすることができる。または、原子層蒸着（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて無機材料層の欠陥を補完することができる。原子層蒸着は、蒸着される薄膜の均一度が非常に高いため、窒化ケイ素薄膜の亀裂やピンホール（ｐｉｎ  ｈｏｌｅ）のような欠陥を満たすことができ、絶縁薄膜の品質を高めることができる。また他の例として、絶縁性能を高めるために、有機薄膜と無機薄膜の複合層を用いることができる。無機材料薄膜層上にディップコーティング（ｄｉｐ  ｃｏａｔｉｎｇ）、スピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）、気相蒸着（ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法により、ＰＴＦＥ、ＣＹＴＯＰなどの有機材料薄膜層が形成されることができる。疏水性有機薄膜は、金属線２０に液体が浸透するのを防止して絶縁薄膜の性能を高めることができる。以下では、本実施形態によるマイクロニードルプローブ１の作動について説明する。
【００５２】
電源は所定時間の間金属線２０に電流を印加することができ、それによって金属線２０は加熱される。また、上述したように、電源は金属線２０に周期的に電流を印加することができ、この場合、金属線２０には熱パルスが発生しうる。例えば、電源が金属線２０に３０秒間１００ｍＷの電力を供給すれば、金属線２０の温度は周辺に比べて増加しうる。そして、一定の時間が過ぎると、金属線２０から発生する熱と周辺に発散される熱の量が平衡をなして、金属線２０は一定の温度に維持される（温度の停滞点に到達）。その後、電源が遮断されると、金属線２０の温度は再び減少して、一定時間の経過後、周辺の温度と等しくなる。樹液流動が速い場合には、対流によって起こる熱発散が大きいため、金属線２０から発生する熱量と発散される熱量が低い温度で平衡をなす。この時、平衡をなす時までの時間は相対的に短い。樹液流動が遅いかまたは無い場合には、対流による熱発散が少ないため、熱平衡が高い温度でなされる。そして、この時には平衡をなす時までの時間が相対的に長い。
【００５３】
一方、金属線２０に０Ｖより低い電圧が印加されるのは、金属線２０の電気化学的酸化を防止するのにさらに有利である。例えば、金属線２０に０Ｖより高い電圧（例えば、５Ｖ）が印加されるのであれば、上述したカバーの不在または欠陥下に金属線２０が露出される場合、金属線２０中の植物組織と接する部分は植物体に比べて相対的に高い電位を有するところ、電気化学的酸化が加速化されて寿命が短縮する可能性がある。その反面、金属線２０に０Ｖ未満の電圧が印加されるのであれば、カバーの不在または欠陥条件下においても露出される金属線２０の電位は植物体より低いため、金属線２０から発生する酸化作用が抑制され、これは寿命増加につながる。
【００５４】
本実施形態の場合、上記のような金属線２０の温度変化は、金属線２０の抵抗変化から算出することができる。上述したように、プロセッサの抵抗測定モジュールは、温度の変化に応じて変わる金属線２０の抵抗を測定することができ、温度算出モジュールは、抵抗変化値に基づいて抵抗温度係数などを用いて金属線２０の温度変化を算出することができる。
【００５５】
例えば、金属線２０の抵抗を測定するのにホイートストン・ブリッジ回路が用いられることができる。一定の抵抗値を有する金属線２０と、それと類似した抵抗値を有する３個のまた他の抵抗線が四角形をなす。４個の抵抗値が同一である時、ホイートストン・ブリッジ回路の二つの中間点間の電位差は０になる。金属線２０の加熱などによって金属線２０の抵抗値が異なるようになると、前記二つの中間点の間に電位差が発生する。そして、このように発生した電位差を測定すれば抵抗変化を逆算することができる。参考に、電位差を差動増幅器を用いて増幅すれば、さらに精密な抵抗変化を測定することができる。
【００５６】
金属線２０の抵抗変化を測定する他の例として定電流回路が挙げられる。定電流レギュレータなどを用いて一定の電流が流れる回路を製作し、それに金属線２０を連結することができる。金属線２０の抵抗と関係なく一定の電流が流れるため、金属線２０に加えられる電圧を測定すれば、金属線２０の抵抗値を逆算することができる。これもまた、増幅器を用いて電圧信号を増幅すれば、さらに精密な測定が可能である。
【００５７】
一方、金属線２０の抵抗変化と抵抗温度係数（ＴＣＲ）を知ると、金属線２０の温度変化量を知ることができる。例えば、金（Ａｕ）から製作された金属線２０の最初抵抗１００Ωが金属線２０の温度変化によって１０１Ωに増加するのであれば、その時の金属線２０の温度変化量は次の数学式１のように求めることができる。
【００５８】
【数１】
2019525141.tif 000003
【００５９】
ここで、Ｔ１およびＴ２は各々金属線２０の最初温度および変化後温度を意味し、Ｒ１およびＲ２は各々金属線２０の最初抵抗および変化後抵抗を意味し、αは金属線２０の抵抗温度係数を意味する。金属線２０の抵抗が１００Ωから１０１Ωに増加した時、金の抵抗温度係数αは０．００３４に知られているため、金属線２０の温度変化は約２．９４度である。
【００６０】
続いて、流速算出モジュールは、前記のような金属線２０の温度変化値に基づいて樹液の流速を算出することができる。樹液流速と金属線２０の温度変化間の相関関係は以下の数学式２のとおりである。
【００６１】
【数２】
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【００６２】
ここで、ｕは樹液の流速（ｍ３／ｍ２ｓ）、△Ｔは熱平衡状態で金属線２０に電源が印加された時と印加されなかった時の温度差である。△ＴＭは樹液流動がない時の金属線２０の温度差値（すなわち、△Ｔの最大値）である。ａとｂは定数であり、実験的に得られる。金属線２０に印加される電源をオン／オフすることによって△Ｔおよび△ＴＭを得ることができる。
【００６３】
本実施形態によるマイクロニードルプローブ１の場合、単一基板１０上に実装される単一金属線２０を用いるシングルワイヤー（ｓｉｎｇｌｅ  ｗｉｒｅ）システムであるため、その構造が単純である。このような構造の単純化は、マイクロスケールの構造物において非常に重要な要素であって、実現容易性の側面で有利である。
【００６４】
また、ヒータープローブと温度測定プローブが別個に提供された従来技術とは異なり、単一基板１０上での単一金属線２０のみを用いて発熱および温度測定が可能であるため、これもまた構造の単純化に寄与できる。
【００６５】
同様に、電源印加用プローブと温度測定プローブが別個に提供されるのではなく、単一基板１０のみを用いて電源を調整する方式で金属線２０の温度変化を測定することができるため、構造の単純化の側面で有利である。
【００６６】
図３は、一つの実施形態による植物の樹液流速測定方法のフローチャートである。以下では、図３を図１および図２と併行参照して樹液流速測定方法について説明する。
【００６７】
植物の樹液流速を測定するために、先ず、マイクロニードルプローブ１を植物内に挿入することができる（Ｓ１０）。上述したように、マイクロニードルプローブ１は、基板１０と、前記基板１０上に提供される金属線２０とを含むことができる。そして、基板１０は薄肉部１１と厚肉部１２とを含み、薄肉部１１の少なくとも一部が植物の幹の木部内に挿入される。薄肉部１１の一端部は鋭く形成されて挿入が容易である。一方、金属線２０の少なくとも一部分が樹液流動に直交する方向に延びるようにマイクロニードルプローブ１を植物内に挿入することができる。
【００６８】
その後、電源を制御して金属線２０に所定時間の間電流を印加することによって金属線２０を加熱することができる（Ｓ２０）。上述したように、電源は、前記所定時間の終了後、一定時間が流れた後に再び金属線２０に電流を印加することができる。このように電源が金属線２０に周期的に電流を印加することによって、金属線２０には熱パルスが発生しうる。
【００６９】
次に、金属線２０から発生した熱の移動を探知することによって窮極的に樹液の速度を算出することができる（Ｓ３０）。具体的には、樹液流動によって熱は樹液の流動方向に移動し、このような熱の移動によって金属線２０の温度は変わる。温度の変化を把握して流速を算出することができるが、本実施形態においては、金属線２０の抵抗変化を把握することによって温度変化を把握することとして説明する。すなわち、別途の温度測定プローブが必要でない。例えば、温度と抵抗間の関係（抵抗温度係数など）を用いて金属線２０の抵抗変化を測定することができ、引き続き、前記抵抗変化に基づいて金属線２０の温度変化を算出することができる。金属線２０の温度変化が算出されると、それに基づいて樹液の流速を算出することができる。
【００７０】
以上で説明された実施形態は、本技術思想の一部の例を説明したものに過ぎず、本技術思想の範囲は、説明された実施形態に限定されるものではなく、該分野の通常の技術者によって本技術思想の範囲内で様々な変更、変形または置換が可能である。例えば、特定の実施形態において共に説明された構成乃至は特徴は互いに分散して実施されてもよく、互いに異なる実施形態の各々で説明された構成乃至は特徴は互いに結合した形態で実施されてもよい。それと同様に、各請求項に記載された構成乃至は特徴も互いに分散して実施されてもよく、互いに結合して実施されてもよい。そして、上記のような実施は全て本技術思想の範囲に属するとみなすべきである。
【符号の説明】
【００７１】
１  樹液流速測定用マイクロニードルプローブ装置
１０  単一基板
１１  薄肉部
１２  厚肉部
２０  金属線
３０  ＢＵＳ線
４０  導体パッド（ｃｏｎｔａｃｔ  ｐａｄｓ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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