本发明公开了一种体外高密度培养红细胞的装置，包括搅拌式生物反应器和中空纤维细胞截留装置，其中，中空纤维细胞截留装置的结构为：包括由相互平行的4～10根中空纤维管组成的圆柱形套管，圆柱形套管底部依次设有弹性瓣膜、活塞和真空泵，圆柱形套管上部通过连接管与搅拌式生物反应器连接。本发明还公开了一种体外高密度培养红细胞的方法，包括以下步骤：（一）单个核细胞的分离；（二）CD34+造血干细胞分离；（三）造血干细胞分化成红细胞。使用本发明的装置和方法，可以使不同来源的造血干细胞在体外分化成大量功能完善的红细胞，可实现红细胞的高密度培养，比常规细胞培养方法提高200倍左右。