A natureza serve como inspiração nas situações mais corriqueiras de nosso dia a dia. As cores, sabores, texturas e estruturas únicas, que culminam em propriedades finamente esculpidas e por nós contempladas, podem servir ainda como modelo no preparo de materiais, dando origem à uma área na ciência de materiais chamada "materiais bioinspirados". Dentre as inspirações naturais, aqui destaco a formação de estruturas como conchas, exoesqueleto de crustáceos e ossos, resultantes do processo de biomineralização. A biomineralização é a formação de minerais em presença de uma matriz orgânica que contêm as informações iniciais para nucleação e posterior crescimento da fase inorgânica. Esta conexão gera materiais com propriedades superiores às observadas nas suas contrapartes individuais. Um exemplo disso é a alta resistência mecânica observada nas conchas marinhas, quando comparadas à natureza frágil do giz de lousa. Ambos os materiais são majoritariamente compostos por CaCO3, porém, nas conchas, a presença de macromoléculas orgânicas direciona o crescimento mineral em uma estrutura hierárquica, altamente ordenada, que culmina em resistência aumentada. Ainda, os ossos humanos são um exemplo intrigante de biocompósitos que, além de propriedades mecânicas superiores, apresentam capacidades de renovação e auto-regeneração devido à ação orquestrada de células específicas. Este texto sistematizado apresenta os projetos desenvolvidos no Laboratório de Físico-Química de Superfícies e Colóides, do Departamento de Química-FFCLP, desde a minha contratação como docente em julho de 2011. Biomineralização é o tema central, que pode ser dividido em temas com objetivos específicos em 4 capítulos. No capítulo 1 faço uma apresentação geral do processo de biomineralização seguido de uma revisão sobre a estrutura e composição dos ossos, foco de todos os projetos de pesquisa até aqui desenvolvidos. Destaco a importância de se conhecer as propriedades físicas e químicas do material natural que inspira a produção de todos os materiais sintéticos por nós preparados. No capítulo 2 descrevo o uso de monocamadas de Langmuir e filmes de Langmuir-Blodgett como modelos para estudos da interação lipídeos-proteínas e crescimento mineral. Esses materiais, além de serem úteis em estudos básicos sobre precipitação mineral guiada por matrizes orgânicas, servem como modificadores de superfícies de Ti para preparo de materiais potencialmente aplicáveis em implantes ósseos. No capítulo 3 apresento linha de pesquisa focada na investigação de estrutura e composição da fase mineral dos ossos, denominada apatita biológica. Essas apatitas servem como inspiração para a formação de nanopartículas bioativas aptas a serem utilizadas para reparo ósseo. Ainda, descrevo a importância de íons estrôncio (Sr2+) e sua função na regulação da atividade de osteoblastos, células responsáveis pela formação da matriz mineralizada óssea, e de osteoclastos, células responsáveis pela reabsorção óssea. A incorporação destes íons e a liberação controlada a partir de nanopartículas inspiradas nas apatitas biológicas resulta na confecção de biomateriais potencialmente relevantes para tratamento de pacientes osteoporóticos. No capítulo 4, o foco é a matriz orgânica dos ossos, que nos inspirou para o preparo de membranas e moldes tridimensionais contendo colágeno e moléculas não-colágenas capazes de induzir a formação de apatita quando em contato com fluído corpóreo. Por fim, a estas membranas foram adicionadas nanopartículas de HA contendo ou não Sr2+, resultando em materiais porosos, com propriedades mecânicas semelhantes a de ossos trabeculares, potencialmente aplicáveis para reparo de defeitos ósseos com tamanho crítico. Todos os capítulos estão estruturados com uma revisão da literatura descrevendo o estado da arte para cada temática, seguido de uma seção de resultados e discussão no qual trago a contribuição de nosso grupo, seguido por uma conclusão e perspectiva que deixa claro o ponto em que estamos e para onde estamos caminhando.

Nature serves as inspiration in the most common situations of our daily lives. The unique colors, flavors, textures and structures, which culminate in finely sculpted properties and contemplated by us, can also serve as a model in the preparation of materials, giving rise to an area in materials science called "bioinspired materials". Among the natural inspirations, I highlight the formation of structures such as shells, exoskeleton of crustaceans and bones, resulting from the biomineralization process. Biomineralization is the formation of minerals in the presence of an organic matrix that contain the initial information for nucleation and subsequent growth of the inorganic phase. This connection generates materials with properties superior to those observed in their individual counterparts. An example of this is the high mechanical resistance observed in marine shells, when compared to the fragile nature of blackboard chalk. Both materials are mostly composed of CaCO3, however, in shells, the presence of organic macromolecules directs mineral growth into a hierarchical, highly ordered structure, which culminates in increased strength. Still, human bones are an intriguing example of biocomposites that, in addition to superior mechanical properties, have renewal and self-regeneration capabilities due to the orchestrated action of specific cells. This systematized text presents the projects developed at the Laboratory of Physical Chemistry of Surfaces and Colloids, of the Department of Chemistry-FFCLP, since I was hired as a professor in July 2011. Biomineralization is the central theme, which can be divided into themes with objectives specifics in 4 chapters. In chapter 1 I make a general presentation of the biomineralization process followed by a review of the structure and composition of bones, the focus of all research projects developed so far. I emphasize the importance of knowing the physical and chemical properties of the natural material that inspires the production of all the synthetic materials we prepare. In chapter 2 I describe the use of Langmuir monolayers and Langmuir-Blodgett films as models for studies of lipid-protein interaction and mineral growth. These materials, in addition to being useful in basic studies on mineral precipitation guided by organic matrices, serve as Ti surface modifiers for the preparation of potentially applicable materials in bone implants. In chapter 3 I present a line of research focused on investigating the structure and composition of the mineral phase of bones, called biological apatite. These apatites serve as inspiration for the formation of bioactive nanoparticles able to be used for bone repair. I also describe the importance of strontium ions (Sr2+) and their role in regulating the activity of osteoblasts, cells responsible for the formation of mineralized bone matrix, and osteoclasts, cells responsible for bone reabsorption. The incorporation of these ions and the controlled release from nanoparticles inspired by biological apatites results in the manufacture of potentially relevant biomaterials for the treatment of osteoporotic patients. In chapter 4, the focus is on the organic matrix of bones, which inspired us to prepare membranes and three-dimensional molds containing collagen and non-collagenous molecules capable of inducing the formation of apatite when in contact with body fluid. Finally, HA nanoparticles containing or not Sr2+ were added to these membranes, resulting in porous materials, with mechanical properties similar to those of trabecular bones, potentially applicable for the repair of bone defects with critical size. All chapters are structured with a literature review describing the state of the art for each topic, followed by a results and discussion section in which I bring the contribution of our group, followed by a conclusion and perspective that makes clear where we are. and where we are heading.