Do ponto de vista bioquímico, somos um conjunto complexo de reações químicas interligadas. As moléculas que compõem nosso organismo estão em constante transformação, e é isso que torna possível que obtenhamos energia dos alimentos, que regeneremos danos aos nossos tecidos e sintetizemos os compostos necessários para a vida. Essas modificações ocorrem, geralmente, com auxílio de outras moléculas chamadas enzimas, que promovem e aceleram reações químicas sem serem consumidas durante o processo.

A compreensão completa do funcionamento do cérebro, de seu desenvolvimento e eventual degeneração, depende da avaliação do número de neurônios, sua organização espacial e a forma como se conectam uns com os outros. No entanto, esse estudo da arquitetura cerebral no nível de células individuais ainda é um grande desafio na neurociência.

Apesar do avanço recente na produção de veículos elétricos, e da perspectiva futura de veículos movidos a hidrogênio, a substituição da frota de veículos a combustão de combustíveis fósseis ainda deve demorar muitos anos. Enquanto isso, o número de veículos continua a crescer, e não só as políticas públicas devem ser adequadas a essa realidade, como também novas tecnologias que permitam diminuir a liberação de poluentes na atmosfera precisam ser desenvolvidas.

A nanoespectroscopia de infravermelho representa um grande avanço na análise química, pois permite a identificação de nanomateriais através de suas assinaturas vibracionais naturais (sem marcações). Classicamente alimentado por fontes de laser, o experimento chamado de Microscopia Ótica de Varredura de Campo Próximo do tipo espalhamento (s-SNOM) tornou-se uma ferramenta padrão para investigações de propriedades químicas e ópticas de materiais além do limite de difração da luz.

Um dos maiores desafios para o avanço de dispositivos embutidos a roupas e acessórios que sejam capazes, por exemplo, de continuamente medir e transmitir dados de sinais vitais, é a disponibilidade de energia, sem a necessidade de grandes baterias. A partir dos chamados materiais termoelétricos – em que uma diferença de temperatura entre dois pontos do material cria uma corrente elétrica ou vice-versa – seria possível obter a energia elétrica utilizada pelo dispositivo a partir da diferença de temperatura entre a superfície do corpo humano e o ar ambiente.

Materiais chamados ferroelétricos tem a propriedade de manter uma polarização elétrica espontânea, reversível pela aplicação de um campo elétrico externo. Esses materiais são adicionalmente, piezoelétricos – insto é, induzem o acúmulo de cargas elétricas pela aplicação de stress mecânico – e piroelétricos –  induzem uma voltagem temporária pelo aquecimento ou resfriamento. Essas propriedades fazem dos materiais ferroelétricos úteis em diversas aplicações, como em sensores de vibração mecânica, em máquinas de ultrassom médicas, ou sensores de fogo e variações de temperatura.

A cura de um ferimento cutâneo segue um processo bastante complexo. Uma variedade de condições, incluindo doenças como o diabetes, pode fazer com que algum dos muitos fatores envolvidos na cicatrização não funcione corretamente. Dessa forma, o tecido não é capaz de se regenerar e o ferimento se torna uma condição crônica. Ferimentos crônicos podem levar meses ou anos para finalmente se curarem – e podem até mesmo nunca se curar. Isso traz não só estresse físico e emocional para os pacientes. Ferimentos crônicos são também um problema financeiro para os sistemas de saúde como um todo.

O desenvolvimento de dispositivos eletrônicos mais rápidos e eficientes passa pelo entendimento de propriedades exóticas da matéria na nanoescala. Uma das classes de materiais que apresentam características de interesse para a indústria eletrônica são os chamados isolantes topológicos. Isolantes topológicos são materiais com poucos átomos de espessura que se comportam como isolante nas camadas de átomos em seu interior, mas como condutor nas camadas atômicas mais superficiais. A condutividade elétrica dessas camadas superficiais é notavelmente resistente à desordem atômica causada pela presença de impurezas, o que não acontece em outros materiais.

Há milhares de anos, a humanidade utiliza substâncias extraídas de plantas, insetos e outros seres para dar mais cor aos tecidos, cerâmicas e outros produtos. No entanto, o uso desses corantes naturais entrou em declínio com a invenção dos corantes sintéticos na metade do século XIX. Atualmente, corantes sintéticos são utilizados nas mais diversas industrias, da têxtil à cosmética. Tanto a produção quanto utilização dessas substâncias podem levar a problemas ambientais caso não sejam devidamente degradados ou removidos dos efluentes industriais.

O vitiligo é uma doença caracterizada pela perda da pigmentação da pele devido à morte de células chamada melanócitos, responsáveis pela produção da melanina. Essa doença atinge até 1% da população mundial e tratamentos atuais não são efetivos e exibem diversos efeitos colaterais. Segundo a teoria mais aceita, a doença resulta de uma reação autoimune, isto é, da ação do sistema de defesa do corpo contra suas próprias células.