Stimuli responsive layer-by-layer (LbL) polymer films are promising materials as platforms for controlled release of functional biological molecules such as drugs, proteins, growth hormones, etc. from surfaces. Recently, there has been a growing interest for preparation of LbL polymer platforms containing superparamagnetic iron oxide nanoparticles for dual functionality, i.e. bioimaging and controlled delivery of biological molecules. Moreover, if superparamagnetic iron oxide nanoparticles are embedded into temperature-responsive polymer films, an external trigger mechanism, i.e. magnetothermal trigger can also be used to release functional biological molecules on demand from the surfaces.The study presented in this thesis presents a strategy to incorporate charged iron oxide nanoparticles into neutral hydrogen-bonded polymer LbL films. First, iron oxide nanoparticles with size smaller than 20 nm were synthesized by co-precipitation technique using ultrasonication during synthesis. Iron oxide nanoparticles were characterized using dynamic light scattering, zeta-potential measurements, Fourier Transform Infrared Microscopy (FTIR) Spectroscopy, X-ray Diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopy (TEM) imaging. For multilayer assembly, polyvinyl caprolactam (PVCL) and tannic acid (TA) were used as polymer building blocks. PVCL is a hydrogen accepting neutral polymer whereas TA has hydrogen donating hydroxyl groups with a pKa of ~ 8.5. At moderately acidic conditions, TA carries both protonated and ionized hydroxyl groups, thus can interact with PVCL through hydrogen bonding interactions, whereas it associates with positively charged iron oxide nanoparticles through electrostatic interactions. LbL films were constructed at pH 4 by immersing the substrate into solutions of TA, PVCL, TA and iron oxide nanoparticles. This process is repeated in the same order of solutions until desired number of layers is deposited at the surface. Stability of multilayers against pH was examined in detail. Multilayer growth and pH-stability were followed by UV-Visible Spectroscopy. Morphology of the multilayers were characterized using Atomic Force Microscopy (AFM). Information about magnetic properties of multilayers was obtained using Magnetic force Microscopy (MFM). Multilayers of TA/PVCL/TA/iron oxide nanoparticles were highly stable at acidic and slightly basic conditions. Moreover, these multilayers were capable of releasing ciprofloxacin, an antibiotic used for treatment of different bacterial infections in the body, at neutral and slightly basic conditions at body temperature. Release of ciprofloxacin from the multilayers was followed using UV-Visible Spectroscopy. The work in this thesis presents the first example of preparation of temperature responsive hydrogen-bonded multilayers containing magnetic iron oxide nanoparticles. In addition to temperature response, multilayers were capable of releasing ciprofloxacin by a pH trigger. Results obtained in this study form a basis for the development of more advanced responsive multilayer films for theranostic (therapeutic and diagnostic) applications.

Ortam koşullarına duyarlı katman-katman polimer filmler ilaç, protein, büyüme hormonları gibi işlevsel biyolojik moleküllerin kontrollü salımı için ümit verici polimerik platformlardır. Son yıllarda, hem biyogörüntüleme hem de biyolojik moleküllerin kontrollü salımını gerçekleştirebilecek iki işlevselliğe sahip süperparamanyetik nanoparçacıklar içeren katman-katman filmlerin hazırlanması yoğun ilgi çekmektedir. Süperparamanyetik nanoparçacıkların sıcaklığa duyarlı polimer filmlerin içerisine yerleştirilmesi durumunda ise harici tetikleme yöntemlerinden biri olan manyetotermal tetikleme aracılığıyla işlevsel biyolojik moleküllerin istenildiği zaman yüzeyden salınmasını mümkün kılmaktadır. Bu tez çalışması elektriks yüklü demir oksit nanoparçacıklarının nötr hidrojen bağlı katman-katman polimer filmlerin içerisine yerleştirilmesi için bir yolsunmaktadır. İlk olarak, boyutları 20 nm'den küçük manyetik demir oksit nanoparçacıkları `birlikte çöktürme` tekniği ile ultrasound uygulaması eşliğinde sentezlenmiştir. Demir oksit nanoparçacıkları dinamik ışık saçılımı, zeta-potansiyel ölçümü, Infrared Spektroskopisi (IR), X-ışını kırınım yöntemi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (TEM) ile görüntüleme yöntemleri ile tanımlanmıştır. Film üretimi için poli (vinil kaprolaktam) (PVCL) ve Tanik Asit(TA) yapı-taşları olarak kullanılmıştır. PVCL hidrojen alıcı gruplara sahip nötr bir polimer, TA ise hidrojen verici hidroksil gruplara sahip olup yaklaşık pKa değeri ~ 8.5'tir. Orta derecede asitliğe sahip ortamlarda, TA hem protonlanmış hem de iyonize hidroksil gruplarına sahiptir. Böylece hidrojen bağları aracılığıyla PVCL ile etkileşmesi, elektrostatik bağlar aracılığıyla da demir oksit nanoparçacıkları ile etkileşmesi mümkündür. Katman-katman filmler pH 4'te substratınsırayla TA, PVCL, TA and demir oksit nanoparçacıklar içeren çözeltilere ardışık olarakdaldırılması suretiyle üretilmiştir. Bu işlemistenilen katman sayısına ulaşana kadar substratın aynı sırayı takip ederek çözeltilerin içerisine daldırılması yoluyla devam eder. Filmlerin pH değişimlerine karşı kararlığı detaylı olarak idelenmiştir. Çok-katmanlı filmlerin üretimi ve pH kararlığı UV-Görünür Bölge Spektroskopisi kullanılarak takip edilmiştir. Filmlerin morfolojisi Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), manyetik özellikleri ise Manyetik Kuvvet Mikroskobu (MFM) kullanarak tanımlanmıştır. TA/PVCL/TA/demir oksit nanoparçacıklarından oluşan çok-katmanlı filmler asidik ve bazik koşullarda oldukça kararlı davranış gösterdiler. Ayrıca, çok-katmanlı filmlerin yüzeyinden vücut içerisinde farklı bakteriyel infeksiyonların tedavisinde kullanılan ciprofloxacin isimli antibiyotiğin salımı nötr ve hafif bazik pH değerlerinde vücut sıcaklığında başarıyla gerçekleştirilmiştir. Çok-katmanlı filmlerin yüzeyinden ciprofloxacin salımı UV-Görünür Bölge Spektroskopisi kullanılarak takip edilmiştir.Bu çalışma bilgimiz dahilinde, manyetik demir oksit nanoparçacıkları içerenhidrojen-bağlı sıcaklığa duyarlıpolimer filmlerin hazırlanmasını ve tanımlanmasını gösteren ilk çalışmadır. Filmler, sıcaklık duyarlıklarının yanısıra pH tetiklemesi ile ciprofloxacin isimli antibiyotiğin salımını mümkün kılmaktadır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar teranostik (tedavi ve teşhis) uygulamalar için daha gelişmiş duyarlı film sistemlerinin üretimi için temel bilgi birikimini oluşturmaktadır.