STRUCTURAL INVESTIGATION OF DIFFERENT ELEMENT-BASED SAMARIUM-DOPED HYDROXYAPATITES BY USING QUANTUM MECHANICAL METHODS AND EXPERIMENTAL ANALYSIS

Abstract

Bu tezde, üç farklı element bazlı Samaryum (Sm) katkılı HAp nanoyapı tozu deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Deneysel olarak sentezlenecek numuneler için 0.133 at sabit değerinde Mg, Zn ve Sr olmak üzere üç farklı baz elementten biri seçilmiştir. Sm, farklı gruplardaki numunelerin tümü için değişen miktarlarda (0, 0.133, 0.266, 0.399, 0.532 ve 0.665 %) yardımcı katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Her grup için yaş kimyasal sentez yapıldı. Sm ilave miktarının değiştirilmesinin in vitro yapısal, termal ve biyouyumluluk özellikleri üzerindeki etkileri araştırıldı. HAp fazı (her grubun tüm numuneleri için %98'in üzerinde) ve beta-trikalsiyum fosfat ? - TCP'nin her ikisi de sırasıyla XRD, FT-Raman spektroskopisi ve FTIR ölçümleriyle ana faz ve küçük faz olarak doğrulandı. Anizotropik enerji yoğunluğu arttıkça hem kristalit boyutu hem de kristallik azaldı. Sm'nin girişinin neden olduğu morfolojide belirgin bir değişiklik olmamıştır. Her numunenin termal stabilitesi doğrulandı. Sunulan Sm miktarının hücre canlılığını etkilediği bulundu. Ek olarak, her grubun tüm numuneleri, yapı-özellik ilişkilerini görselleştirmek için hesaplama sonuçlarını elde etmek üzere DFT kullanılarak modellendi ve teorik olarak karakterize edildi. Böylece, kalıplanmış numune gruplarının tümü için BS, DOS, BG ve LAC, elektronik özelliklerinin yanı sıra ekranlama özelliklerini incelemek için hesaplandı. Bu özellikler üzerinde co-doping etkisi görüldü. Kan şekeri tüm numuneler için sürekli olarak azaldı. LAC, tüm numuneler için Sm konsantrasyonu ile arttı, ancak artan X-ışını enerjisi ile azaldı. HAp numuneleri, 5-30 keV aralığındaki fotonları önemli ölçüde zayıflatabildikleri için radyasyon kalkanı ve tıbbi uygulamalarda verimli bir şekilde kullanılabilir.

In this thesis, three different element-based Samarium (Sm)-doped HAp nanostructures powder were studied experimentally and theoretically. For the samples to be synthesized experimentally, one of three different base elements was selected, including Mg, Zn, and Sr, at a constant value of 0.133 at. %, for each group. Sm was utilized as a co-dopant for all of the samples in the different groups at varying amounts of (0, 0.133, 0.266, 0.399, 0.532 and 0.665 at. %). For each group, a wet chemical synthesis was performed. The effects of changing the amount of Sm addition on the structural, thermal and biocompatibility in vitro properties were investigated. HAp phase (above 98% for all of the samples of each group) and beta-tricalcium phosphate ? ? TCP were both confirmed as the major phase and minor phase, respectively, by XRD, FT-Raman spectroscopy and the FTIR measurements. Both the crystallite size and crystallinity decreased as the anisotropic energy density increased. There was no obvious change in morphology caused by the introduction of Sm. The thermal stability of each sample was confirmed. It was found that the amount of Sm presents affected cell viability. Additionally, all of the samples of each group were modeled and theoretically characterized by using the DFT to obtain the calculation results for visualizing the structure-properties relations. Thus, the BS, DOS, BG and LAC for all of the molded sample groups were computed to study their electronic properties as well as shielding properties. The co-doping effect on these properties was seen. The BG continuously decreased for all of the samples. LAC increased with Sm concentration for all samples but decreased with increasing X-ray energy. The HAp samples can efficiently be used in radiation shielding and medical applications because they can considerably attenuate photons in the 5-30 keV range.