O câncer é um conjunto de doenças caracterizadas pela multiplicação descontrolada de células. Um dos principais métodos para o tratamento dessa doença é a quimioterapia, que utiliza fármacos para bloquear o crescimento dessas células ou destruí-las. Dessa forma, a maioria das drogas utilizadas agem interferindo na mitose, o mecanismo celular pelo qual novas células são produzidas. Por isso, tanto células cancerosas quanto sadias são afetadas, levando a diversos efeitos colaterais.

A tuberculose é uma infecção crônica geralmente causada por uma bactéria chamada Mycobacterium tuberculosis. Esta bactéria infecta células do sistema imune chamadas macrófagos alveolares, que são responsáveis por remover partículas poluentes e microrganismos da superfície dos alvéolos, onde ocorrem as trocas gasosas da respiração. Estima-se que aproximadamente dois bilhões de pessoas no mundo estão infectadas pela M. tuberculosis sem apresentar sintomas. No entanto, as manifestações clínicas da doença podem aparecer em qualquer momento da vida, especialmente quando o sistema imune estiver enfraquecido, como, por exemplo, devido a desnutrição ou a doenças como câncer e AIDS.

A partir do momento em que uma proteína ou enzima relacionada a alguma doença é identificada como alvo terapêutico, o estudo de sua estrutura tridimensional – as posições de cada um dos seus átomos e suas interações – permite entender a fundo sua ação. Isso é possível não só para essas substâncias produzidas por microrganismos, como vírus ou bactérias, capazes de atacar nosso organismo. É possível também, por exemplo, entender moléculas normalmente produzidas pelo próprio corpo humano, mas que tiveram sua estrutura e função alteradas devido a alguma mutação genética.

Na produção agrícola, diversos dos nutrientes necessários para o crescimento e desenvolvimento das plantas são fornecidos ou suplementados através de fertilizantes. Alguns nutrientes, fósforo ($\rm P$) e potássio ($\rm K$), são necessários em grandes quantidades, mas obtidos de fontes minerais limitadas. Outros – como manganês ($\rm Mn$), cobre ($\rm Cu$) ou zinco ($\rm Zn$) – são necessários apenas em pequenas quantidades e sua aplicação excessiva pode ser tóxica para as plantas ou para importantes microrganismos presentes no solo. Por isso, há uma intensa busca por novos fertilizantes que permitam a entrega racional dos nutrientes necessários para a agricultura, evitando seu uso excessivo, ineficiente ou potencialmente nocivo ao ambiente.

A partir do momento em que uma proteína relacionada a alguma doença é identificada como alvo terapêutico, o estudo de sua estrutura tridimensional – as posições de cada um dos seus átomos e suas interações – permite entender a fundo sua ação no organismo e como um potencial fármaco deve ligar-se a ela. Dessa forma, é possível descobrir potenciais novos fármacos, ou entender o funcionamento de fármacos já conhecidos e aumentar sua efetividade.

A contaminação da atmosfera por gases e partículas sólidas afeta não só a saúde humana nos centros urbanos, como também o ecossistema como um todo. O gerenciamento da qualidade do ar depende de diversas ações, que vão desde o estabelecimento e regulamentação dos padrões de qualidade e de lançamento de poluentes até o monitoramento da qualidade do ar de determinada região. Os programas de monitoramento da qualidade do ar são capazes de indicar os níveis de poluentes na atmosfera e avaliar sua concordância com padrões estabelecidos pela legislação. No entanto, eles não são capazes de indicar a contribuição individual de cada fonte responsável pela emissão desses poluentes.

Estruturas biológicas complexas possibilitam desde a sobrevivência de minúsculos organismos marinhos como o plâncton até as funções vitais em nosso organismo. A morfologia desses sistemas tem fascinado tanto arquitetos quanto cientistas, e sua reprodução em escala nanométrica poderia ser muito útil para fins tecnológicos. Este tipo de estrutura já é considerado candidato para aplicações em catalise química, filtros de ar para eliminação de vírus, e membranas para purificação de água e separação de proteínas.

O desenvolvimento dos dispositivos eletrônicos na escala nanométrica depende da constante busca por materiais que possuam as características adequadas e que sejam também eficientes e baratos. Esse é o caso do grafeno, material formado por uma única camada de átomos de carbono obtida a partir de grafite. O grafeno é um condutor com excelentes propriedades ópticas e elétricas, e que podem ser facilmente alteradas pela aplicação de campos elétricos ou luz.

Nanopartículas, por seu tamanho extremamente reduzido e propriedades adaptáveis a todo tipo de aplicação, tem atraido a atenção das mais diversas áreas. As caracterísitcas dessas minúsuculas partículas podem ser controladas através de sua composição, tamanho e formato. Além disso, pela combinação de diferentes materiais, é possível combinar diferentes propriedades em um mesmo tipo de nanopartícula ou fazer novas propriedades surgirem.

O Brasil é um país pioneiro na exploração de petróleo em águas profundas e uma grande quantidade desse combustível fóssil se encontra armazenado no espaço poroso de rochas carbonáticas, especialmente na camada do pré-sal. Essas rochas são muito heterogêneas e têm sistemas complexos de poros, o que traz grandes desafios na extração de óleo e gás. Após a perfuração de um reservatório de petróleo ou gás, a pressão natural de seu interior faz com que o conteúdo flua naturalmente até a superfície, onde esse fluído é coletado e direcionado para um navio-tanque. No entanto, poucos anos após a abertura desse poço, a quantidade de óleo extraído diariamente tende a diminuir devido à queda na pressão interna do poço.