[发明专利]用于测量植物的树液流动的微针探针以及具有其的树液流动测量装置

说明书

本发明提供了一种用于测量植物的树液流动的微针探针，该微针探针包括：基板；以及传感器单元，其被安装在基板上，生成热量并且测量根据树液流动而变化的温度。

技术领域

本发明涉及用于测量植物的生物信息的装置，特别是用于测量植物的木质部中流动的树液的流动的微针探针，以及具有该微针探针的树液流动测量装置。

背景技术

植物生长模型直接影响植物的生产和质量。主要影响植物生长的植物的生物信息的示例包括温度、树液流动(SF)和电导率(EC)，并且基于植物的生物信息，确定供水调度、对温度和光量的控制、供应肥料的定时、待供应的肥料量等，从而确定植物生长模型。

植物生长模型的测量一直仅限于外部环境变量，例如温度和湿度、破坏性测量、间接测量等，并且在传统上，已经使用了通过使用土壤中的水分、计量水消耗以及制成为树液的植物样品来测量电导率的方法。然而，这些方法在获取间接或详细信息和预测植物中的反应方面提供的条件不足。

作为用于测量植物中的生物信号的技术，已经开发了通过将探针直接插入植物的茎中来测量生物信号的技术，使得植物中的树液流动被直接测量和使用，但是在所有情况下，这种直接测量使用侵入式针形式的装置。

作为测量树液流动的方法，已经使用如下技术：(i)热脉冲(HP)技术，该热脉冲技术通过使用侵入式探针向植物施加周期性热脉冲，并且通过使用温度探针根据植物中的树液流动检测热脉冲的移动来计算流动密度；(ii)散热(HD)技术，该散热技术通过使用侵入式探针连续地向植物施加热量，并且根据温度差来测量和计算在不存在树液流动的情况下以及存在树液流动的情况下在夜间热量消散的程度；(iii)热场变形(HFD)技术，该热场变形技术配置有具有温度测量探针和加热器探针的侵入式探针，并且通过使用温度测量探针测量由中心处的加热器生成的热量产生的热场由于树液流动而变形的程度来计算树液流动密度；以及(iv)茎热平衡(SHB)技术，该茎热平衡技术使用由树液流动和由安装在植物的茎的外部的加热器生成的热量引起的茎的上部和下部之间的温度差。

然而，因为大多数技术使用针并且以非常侵入式的形式将针配置成针具有1mm至5mm的直径的程度，因此这些技术限于仅用于某些类型的树木，并且难以通过将具有1mm至5mm的直径的侵入式探针插入植物例如诸如番茄植物和辣椒植物的水果蔬菜和花卉中来测量生物信息。另外，因为测量装置尺寸较大、昂贵并且复杂，因此存在难以将测量装置一次应用于一个作物的各个部位或者各种作物的问题，并且因此，存在的问题是：通过使用少量样本获得的测量结果的可靠性不足，并且还存在确保统计意义的问题。

然而，凭借工业革命之后从生物学开始的各种类型的科学技术的发展，农业的创新得以快速发展。特别地，与植物生长有关的技术也标志着伴随着农业、基于ICT的MEMS和纳米技术的发展的新时代。

需要开发一种能够通过使用微创技术测量包括树木的各种植物的生物信息的技术，并且为此，有必要使用微机电系统(MEMS)和纳米技术的组合来实现精确的测量技术。

更具体地，为了满足微创要求，需要将待插入植物中的传感器的尺寸减小到微型水平，这样的微针探针需要通过使用作为硅处理技术的MEMS技术来制造，并且微针探针的形状、尺寸等需要适于与植物的组织的关系。

此外，与相关技术不同，能够测量温度、树液流动(SF)、电导率(EC)等的功能传感器元件需要被集成到微针探针中，并且纳米结构、膜等需要被设计并一体制造，以便在可靠和期望的范围内实现功能。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种能够以微创方式从植物直接测量对植物的生长模型必不可少的生物信息的技术，使得该技术可以应用于植物例如诸如番茄植物和辣椒植物的水果蔬菜和花卉以及树木。

另外，本发明的另一目的是提供一种能够通过使测量装置具有微型和紧凑尺寸来确保测量可靠性使得测量装置容易地同时应用于一种作物的各个部位或者各种作物的技术。